Сорғылардағы гидравликалық күштерді түсіну
Гидравликалық күштер — ағынды сұйықтықтың сорғы компоненттеріне әсер ететін күштері: қалақшаларға қысымнан туындайтын жүктемелер, жетектік доңғалақтың екі жағындағы қысым айырмасынан пайда болатын осьтік итеру күші, симметриялы емес қысым таралуынан туындайтын радиалды күштер, сондай-ақ ағын турбуленттілігі және қалақша мен камера арасындағы өзара әрекеттесуден туындайтын пульсациялық күштер. Олар айналушы масса туғызатын механикалық күштерден түбегейлі ерекшеленеді, unbalance or misalignment, өйткені олар айналушы масса емес, сұйықтық қысымы мен импульс өзгерісінен туындайды — және спектрде қалақ өту жиілігі және оның байланысты гармоникалары түрінде көрінеді. Оларды түсіну сорғының сенімді жұмысы үшін маңызды: гидравликалық күштер мойынтіректердегі жүктемелерді, біліктің иілуін және vibration тудырады, бұл жұмыс жағдайларына — ағын жылдамдығына, қысымға және сұйықтық қасиеттеріне — байланысты өзгереді де, сорғыны күштері тек механикалық болатын машинадан мүлдем өзгешелендіреді.
1. Анықтама: Гидравликалық күштер дегеніміз не?
Идеал сорғыда сұйықтық жетектік доңғалақтың барлық бетіне және корпусқа біркелкі қысым жасайды да, білікке тек механикалық күштер ғана әсер етеді. Шындықта жағдай күрделірек. Шығыс жақтағы қысым сору жағына қарағанда жоғары болады, ол жетектік доңғалақтың сыртқы шеңбері бойынша біркелкі емес таралады және қалақша корпустың тілін өткен сайын пульсацияланады. Осы әсерлердің жиынтығы — ротор мен конструкцияға әсер ететін тұрақты, баяу өзгермелі және тез пульсациялайтын жүктемелер жиыны. Маңыздысы, олардың шамасы сорғының жұмыс нүктесіне — қисықтағы жұмыс режиміне — байланысты болады; бұл диагностика инженеріне қуатты тетік береді, өйткені ағынды өзгерту күштерді де өзгертеді.
2. Гидравликалық күштердің түрлері
2.1 Осьтік итеру күші (гидравликалық итеру)
Жетектік доңғалақтың екі жағындағы қысым айырмасынан туындайтын таза осьтік күш:
- Mechanism: шығыс қысымы жетектік доңғалақтың бір жағына, сору қысымы екінші жағына әсер етеді.
- Direction: әдетте сору жаққа қарай (жетектік доңғалақтың артқы жағына) бағытталады.
- Magnitude: орташа өлшемді сорғыларда да мың фунт күшке жете алады.
- Effect: loads the thrust bearing and can cause радиал вибрациясы.
- Varies with: ағын жылдамдығына, қысымға және жетектік доңғалақтың конструкциясына.
Итеру күшін теңестіру әдістері
- Balance holes: жетектік доңғалақтың дискісіндегі арнайы тесіктер, олар арқылы екі жақтағы қысым теңестіріледі.
- Back vanes: артқы диффузордағы сұйықтықты сыртқа айдайтын және артқы жақтағы қысымды төмендететін қалақтар.
- Қос сорылымды айналмалы дөңгелектер: екі жағы бір-бірінің осьтік итергіш күшін өтейтін симметриялы конструкция.
- Қарама-қарсы орналасқан айналмалы дөңгелектер: айналмалы дөңгелектері қарама-қарсы бағытта орналасқан көп сатылы сорғылар.
2.2 Радиалды күштер
Айналмалы дөңгелек айналасындағы қысымның асимметриялы таралуынан туындайтын бүйірлік күштер:
Ең жоғары ПӘК нүктесінде (BEP)
- Айналмалы дөңгелек айналасындағы қысым таралуы салыстырмалы түрде симметриялы болады.
- Радиалды күштер теңестіріліп, негізінен бір-бірін өтейді.
- Таза радиалды күш аз болады.
- Бұл ең аз тербеліс режимі.
BEP-тен тыс — төмен ағын
- Спиральды камерадағы қысым таралуы асимметриялы болады.
- Спиральды камераның кесу жиегіне (су алу тілшесіне) қарай таза радиалды күш пайда болады.
- Оның шамасы ағын төмендеген сайын артады.
- Толық жабылу кезінде ол айналмалы дөңгелек салмағының 20–40%-на жетуі мүмкін.
- Айналмалы радиалды күш 1× тербеліс компоненті түрінде байқалады.
BEP-тен тыс — жоғары ағын
- Басқа асимметрия үлгісі дамиды.
- Радиалды күш бар, бірақ ол әдетте төмен ағын жылдамдығындағыға қарағанда кішірек болады.
- Ағын турбуленттілігі үстіне кездейсоқ күш компоненттерін қосады.
2.3 Қалақ өту пульсациялары
Әрбір қалақ кескіш жиекті айналып өткен кезде пайда болатын мезгілді қысым импульстері:
- Frequency: қалақтар саны × RPM / 60.
- Mechanism: тілді өткен әрбір қалақ қысым импульсін тудырады.
- Forces: сорғы дөңгелегіне, спиральды корпусқа және кожухқа әсер етеді.
- Vibration: қалақ өту жиілігінде басым болады.
- Magnitude: кескіш жиек саңылауына, жұмыс нүктесіне және конструкцияға байланысты.
2.4 Рециркуляция күштері
- Ағын тұрақсыздықтарынан туындайтын төменжиілікті, тұрақсыз күштер.
- Өте төмен — және кейде өте жоғары — ағын жылдамдықтарында пайда болады.
- Жиіліктер әдетте жұмыс жылдамдығының 0,2–0,8 еселігі аралығында, sub-synchronous band.
- Ауыр төменжиілікті дірілді тудыруы мүмкін.
- BEP-тен алыс жұмыс режимінің айқын белгісі — қараңыз recirculation.
3. Сорғы жұмысына әсері
Подшипниктерге жүктеме
- Гидравликалық радиалды күштер подшипниктердегі механикалық жүктемелерге қосылады.
- Өзгермелі күштер циклдік жүктемені тудырады.
- Жүктеме төмен ағын жылдамдығы жағдайларында ең жоғары болады.
- Мойынтіректі таңдау кезінде гидравликалық компонентті ескеру қажет.
- Мойынтіректің қызмет мерзімі жүктемеге байланысты күрт қысқарады (қызмет мерзімі 1/жүктеме³ пропорционал), сондықтан қалыпты L10 мойынтірек қызмет мерзімін есептеу аз дебитті радиалды күштің қызмет мерзімін қаншалықты қысқаратынын анықтауға мүмкіндік береді.
Біліктің иілуі
- Радиалды күштер білікті иіндіреді.
- Бұл тығыздауыш саңылауларын және тозу сақиналарының кигізілуін өзгертеді.
- Бұл ПӘК-ті төмендетуі мүмкін.
- Шектік жағдайларда бұл rub.
Тербелістің пайда болуы
- 1× component: тұрақты немесе баяу өзгермелі радиалды күштен.
- VPF component: қысым импульстарынан.
- Low-frequency: рециркуляция мен басқа тұрақсыздықтардан.
- Жұмыс нүктесіне тәуелді: жалпы жағдай дебит шамасымен толықтай өзгереді.
Механикалық стресс
- Циклдік күштер fatigue loading.
- Жетек дөңгелегінің қалақшалары қысым айырмашылықтарынан кернеу алады.
- Білік иілу моменттерінен шаршау кернеуін сезінеді.
- Корпус қысым импульстарынан кернеу алады.
4. Гидравликалық күштерді азайту
Оңтайлы жұмыс нүктесіне (BEP) жақын жұмыс режимінде пайдалану
- Гидравликалық күштерді барынша азайтудың ең тиімді стратегиясы.
- Мүмкіндігінше BEP ағынының 80–110% шегінде жұмыс істеуге тырысыңыз.
- Радиалдық күштер BEP нүктесінде ең аз мәнге жетеді.
- Діріл деңгейі мен подшипниктердегі жүктемелер бір уақытта барынша азаяды.
Конструктивтік ерекшеліктер
- Диффузорлы сорғылар: бір спиральды корпусқа қарағанда қысым таралуы неғұрлым симметриялы.
- Double volute: 180° бұрышпен орналасқан екі кесу жиегі радиалдық күштерді теңестіреді.
- Ұлғайтылған саңылаулар: қалақша өту қысымының импульстерін азайтады (бірақ аздап ПӘК төмендейді).
- Қалақша санын таңдау: акустикалық резонанстарды болдырмау үшін таңдалады.
System design
- Негізгі жүктемелі сорғылар үшін минималды ағын кезіндегі рециркуляция қорғанысын қамтамасыз етіңіз.
- Сорғыны нақты жұмыс жағдайына сай дұрыс таңдаңыз және артық өлшемдеуден аулақ болыңыз.
- Оңтайлы жұмыс нүктесін ұстап тұру үшін айнымалы жиілікті жетекті пайдаланыңыз.
- Кіріс тарапын алдын ала бұрылу мен турбуленттілікті барынша азайтатындай етіп жобалаңыз.
5. Диагностикалық қолдану
Өнімділік қисықтары мен гидравликалық күштер
- Дірілді ағыс жылдамдығына қарсы графикте бейнелеңіз.
- Ең аз діріл әдетте BEP нүктесінде немесе оған жақын жерде байқалады.
- Төмен ағын кезіндегі вибрацияның өсуі жоғары радиалды күштердің белгісі болып табылады.
- График ақылға қонымды жұмыс диапазонын анықтауға көмектеседі.
VPF analysis
- VPF амплитудасы гидравликалық пульсацияның қарқындылығын көрсетеді.
- VPF-тің өсуі саңылаулардың нашарлауын немесе жұмыс нүктесінің ауысуын білдіреді.
- VPF harmonics турбулентті, бұзылған ағынды көрсетеді.
Осы гидравликалық сигнатураларды таза механикалықтардан ажырату сорап диагностикасының негізгі міндеті болып табылады, және дәл осы жерде портативті талдағыш далалық жағдайда өзінің құндылығын дәлелдейді. Балансет-1А captures the вибрация спектрін подшипник корпустарындағы 1×, VPF және төменжиілікті компоненттерді ажыратады, сондықтан инженер жоғары көрсеткіштің field balancing (механикалық шешімді) немесе жұмыс нүктесін өзгертуді (гидравликалық шешімді) талап ететінін шеше алады — ал диагностика теңгерімсіздікке нұсқаған жағдайда, роторды тепе-теңдестіріп, нәтижені орнында тексеру қажет.
6. Өлшеу ерекшеліктері
Вибрацияны өлшеу нүктелері
- Подшипник қожындар: біріктірілген механикалық және гидравликалық күштерді анықтайды.
- Pump casing: гидравликалық пульсацияларға сезімталдығы жоғары.
- Сору және шығару құбыр желілері: берілген қысым пульсацияларын өткізіп жібереді.
- Бірнеше өлшеу нүктелері: оларды салыстыру гидравликалық пен механикалық көздерді ажыратуға мүмкіндік береді.
Қысым пульсациясын өлшеу
- Сору және шығару жағына қысым датчиктерін орнатыңыз.
- Олар гидравликалық пульсацияларды тікелей өлшейді.
- Пульсация деректерін вибрациямен корреляциялаңыз.
- Акустикалық резонанстарды анықтау үшін осы комбинацияны пайдаланыңыз.
Гидравликалық күштер сораптың жұмыс принципінің негізін құрайды және оның тербелісі мен жүктемесінің басты көзі болып табылады. Осы күштердің жұмыс жағдайларына байланысты қалай өзгеретінін түсіну, олардың тербеліс спектріндегі белгілерін тану, сондай-ақ күштерді төмен деңгейде ұстап тұру үшін сораптарды жобалау және пайдалану — ең алдымен BEP жанында жұмыс істеу — өнеркәсіптік қызметте сорапты сенімді және ұзақ мерзімді пайдалануды қамтамасыз ету үшін аса маңызды. Осы күштер тудыратын ақаулар туралы толығырақ мәліметті қараңыз: центрофугалды сорғы ақаулары and шыбықтауыш ақаулары.
