공기역학적 힘이란 무엇일까요? 팬 및 터빈 부하 • 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋" 공기역학적 힘이란 무엇일까요? 팬 및 터빈 부하 • 파쇄기, 팬, 멀처, 콤바인, 샤프트, 원심분리기, 터빈 및 기타 여러 로터의 동적 밸런싱을 위한 휴대용 밸런서, 진동 분석기 "밸런셋"

공기역학적 힘이란 무엇인가? 팬 및 터빈 부하

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공기역학적 힘 이해

정의: 공기역학적 힘이란 무엇인가?

공기역학적 힘 팬, 송풍기, 압축기, 터빈의 회전 및 고정 부품에 공기나 가스가 이동하면서 가해지는 힘입니다. 이러한 힘은 압력 차이, 유동하는 가스의 운동량 변화, 그리고 유체-구조물 상호작용으로 인해 발생합니다. 공기역학적 힘에는 정상력(추력, 반경 방향 하중)과 비정상력(맥동)이 포함됩니다. 블레이드 통과 주파수, 난류에 의해 유발되는 무작위 힘)이 생성됩니다. 진동, 베어링과 구조물에 가해지는 하중, 그리고 어떤 경우에는 자체 여기 불안정성.

공기역학적 힘은 펌프의 유압력과 동등한 기체 상태의 힘이지만 중요한 차이점이 있습니다. 즉, 압축성 효과, 압력과 온도에 따른 밀도 변화, 비압축성 액체 시스템에서는 나타나지 않는 공명과 불안정성을 생성할 수 있는 음향 결합이 있습니다.

공기역학적 힘의 유형

1. 추진력

블레이드 표면에 작용하는 압력으로 인한 축력:

  • 원심 팬: 압력차이로 인해 입구 방향으로 추력이 생성됩니다.
  • 축류 팬: 공기 가속도에 의한 반작용력
  • 터빈: 가스 팽창으로 블레이드에 큰 추력이 발생합니다.
  • 크기: 압력 상승 및 유량에 비례
  • 효과: 잔뜩 추력 베어링, 만듭니다 축 진동

2. 반경 방향 힘

불균일한 압력 분포로 인한 측면력:

정상 반경 방향 힘

  • 하우징/덕트 작업의 비대칭 압력
  • 작동 지점(유량)에 따라 다름
  • 설계 지점에서 최소
  • 베어링 하중과 1배 진동을 생성합니다.

회전 반경 방향 힘

  • 임펠러/로터에 비대칭 공기역학적 하중이 있는 경우
  • 힘은 로터와 함께 회전합니다
  • 1× 진동을 생성합니다. 불균형
  • 기계적 불균형과 결합 가능

3. 블레이드 통과 맥동

블레이드 통과 속도에서의 주기적 압력 펄스:

  • 빈도: 블레이드 수 × RPM / 60
  • 원인: 각 블레이드는 흐름장을 방해하고 압력 펄스를 생성합니다.
  • 상호 작용: 회전 블레이드와 고정 스트럿, 베인 또는 하우징 사이
  • 진폭: 블레이드-스테이터 간 간격 및 흐름 조건에 따라 달라집니다.
  • 효과: 팬/압축기 소음 및 진동의 주요 원인

4. 난류 유도력

  • 무작위 힘: 난류 와류와 유동 분리로부터
  • 광대역 스펙트럼: 넓은 주파수 범위에 걸쳐 에너지가 분산됨
  • 흐름에 따라 다름: 레이놀즈 수와 비설계 운전으로 증가
  • 피로에 대한 우려: 무작위 로딩은 구성 요소 피로에 영향을 미칩니다.

5. 불안정한 유동력

회전 스톨

  • 환형 주위를 회전하는 국부적인 흐름 분리
  • 비동기 주파수(0.2~0.8× 로터 속도)
  • 심각한 불안정한 힘을 생성합니다.
  • 압축기의 저유량에서 일반적

급등하다

  • 시스템 전체 흐름 진동(정방향 및 역방향 흐름)
  • 매우 낮은 주파수(0.5~10Hz)
  • 매우 높은 힘의 진폭
  • 지속되면 압축기를 파괴할 수 있습니다.

공기역학적 소스의 진동

블레이드 통과 주파수(BPF)

  • 지배적인 공기역학적 진동 구성 요소
  • 진폭은 작동 지점에 따라 다릅니다.
  • 설계 외 조건에서 더 높음
  • 구조적 공명을 자극할 수 있습니다

저주파 맥동

  • 재순환, 정지 또는 서지로부터
  • 종종 심각한 진폭(진동의 1배를 초과할 수 있음)
  • 설계 지점에서 멀리 떨어진 작업을 나타냅니다.
  • 운영 조건 변경이 필요합니다

광대역 진동

  • 난류 및 유동 소음으로부터
  • 고속 지역에서 상승
  • 유량 및 난류 강도에 따라 증가합니다.
  • 음색 구성 요소보다 덜 우려스럽지만 흐름 품질을 나타냅니다.

기계적 효과와의 결합

공기역학적-기계적 상호작용

  • 공기역학적 힘이 로터를 휘게 한다
  • 처짐은 여유 공간을 변경하여 공기역학적 힘에 영향을 미칩니다.
  • 결합된 불안정성을 생성할 수 있습니다
  • 예: 로터 불안정성에 기여하는 씰의 공기역학적 힘

공기역학적 감쇠

  • 공기 저항은 구조적 진동에 대한 감쇠를 제공합니다.
  • 일반적으로 긍정적(안정화) 효과
  • 그러나 일부 흐름 조건에서는 부정적(불안정화)일 수 있습니다.
  • 중요한 로터 동역학 터보기계의

디자인 고려 사항

힘의 최소화

  • 블레이드 각도와 간격 최적화
  • 맥동을 줄이려면 디퓨저나 베인리스 공간을 사용하세요.
  • 넓고 안정적인 작동 범위를 위한 설계
  • 음향 공명을 피하기 위해 블레이드 수를 고려하세요

구조 설계

  • 공기역학적 하중과 기계적 하중을 고려하여 크기가 조정된 베어링
  • 공기역학적 힘에 따른 처짐에 적합한 샤프트 강성
  • 여기 소스와 분리된 블레이드 고유 주파수
  • 압력 맥동 하중에 맞게 설계된 케이싱 및 구조

운영 전략

최적 작동 지점

  • 최소 공기역학적 힘을 위해 설계 지점 근처에서 작동
  • 매우 낮은 흐름(재순환, 정지)을 피하세요.
  • 매우 높은 흐름(고속, 난류)을 피하세요
  • 가변 속도를 사용하여 최적의 지점을 유지하세요

불안정성을 피하세요

  • 압축기의 서지 라인 오른쪽에 머물러라
  • 서지 방지 제어 구현
  • 정체 시작을 모니터링하세요
  • 팬 및 압축기에 대한 최소 유량 보호

공기역학적 힘은 공기 이동 및 가스 취급 장비의 작동과 신뢰성에 필수적입니다. 이러한 힘이 작동 조건에 따라 어떻게 변하는지 이해하고, 진동 특성을 파악하며, 설계점에 근접한 작동을 통해 비정상 공기역학적 힘을 최소화하도록 장비를 설계/운영하면 산업 현장에서 팬, 송풍기, 압축기, 터빈의 안정적이고 효율적인 성능을 보장할 수 있습니다.

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