Aerodinaminių jėgų supratimas
Apibrėžimas: Kas yra aerodinaminės jėgos?
Aerodinaminės jėgos yra jėgos, kurias judantis oras arba dujos veikia besisukančius ir nejudančius ventiliatorių, pūstuvų, kompresorių ir turbinų komponentus. Šios jėgos atsiranda dėl slėgio skirtumų, tekančių dujų impulso pokyčių ir skysčio bei struktūros sąveikos. Aerodinaminės jėgos apima pastovias jėgas (trauką, radialines apkrovas) ir nestacionarias jėgas (pulsacijas ties peilio praėjimo dažnis, turbulencijos sukeltos atsitiktinės jėgos), kurios sukuria vibracija, guolių ir konstrukcijų apkrova, o kai kuriais atvejais – savaime sužadinti nestabilumai.
Aerodinaminės jėgos yra dujų fazės atitikmuo hidraulinėms jėgoms siurbliuose, tačiau su svarbiais skirtumais: suspaudžiamumo efektais, tankio pokyčiais priklausomai nuo slėgio ir temperatūros bei akustiniu sujungimu, kuris gali sukelti rezonansus ir nestabilumus, kurių nėra nesuspaudžiamose skysčių sistemose.
Aerodinaminių jėgų tipai
1. Traukos jėgos
Ašinės jėgos, atsirandančios dėl slėgio, veikiančio mentės paviršius:
- Išcentriniai ventiliatoriai: Slėgio skirtumas sukuria stūmą įleidimo angos link
- Ašiniai ventiliatoriai: Reakcijos jėga nuo oro pagreičio
- Turbinos: Dujų plėtimasis sukuria didelę ašmenų trauką
- Dydis: Proporcingas slėgio kilimui ir srauto greičiui
- Poveikis: Kroviniai atraminiai guoliai, sukuria ašinė vibracija
2. Radialinės jėgos
Šoninės jėgos dėl netolygaus slėgio pasiskirstymo:
Pastovi radialinė jėga
- Asimetrinis slėgis korpuse / ortakiuose
- Priklauso nuo veikimo taško (srauto greičio)
- Minimalus projektavimo taške
- Sukuria guolio apkrovą ir 1× vibraciją
Sukamoji radialinė jėga
- Jei sparnuotė/rotorius turi asimetrinę aerodinaminę apkrovą
- Jėga sukasi kartu su rotoriumi
- Sukuria 1× vibraciją, panašią į disbalansas
- Galima sujungti su mechaniniu disbalansu
3. Ašmenų praėjimo pulsacijos
Periodiniai slėgio impulsai menčių judėjimo greičiu:
- Dažnis: Peilių skaičius × aps./min. / 60
- Priežastis: Kiekviena mentė sutrikdo srauto lauką, sukurdama slėgio impulsą
- Sąveika: Tarp besisukančių menčių ir nejudančių atramų, menčių ar korpuso
- Amplitudė: Priklauso nuo atstumo tarp mentės ir statoriaus bei srauto sąlygų
- Poveikis: Pagrindinis ventiliatoriaus / kompresoriaus toninio triukšmo ir vibracijos šaltinis
4. Turbulencijos sukeltos jėgos
- Atsitiktinės jėgos: Iš turbulentinių sūkurių ir srauto atsiskyrimo
- Plačiajuosčio ryšio spektras: Energija paskirstyta plačiame dažnių diapazone
- Priklauso nuo srauto: Didėja kartu su Reinoldso skaičiumi ir ne pagal projektinį režimą
- Nuovargio problema: Atsitiktinis apkrovimas prisideda prie komponentų nuovargio
5. Nestabilios srauto jėgos
Besisukantis gardas
- Lokalizuotas srauto atsiskyrimas, besisukantis aplink žiedą
- Subsinchroninis dažnis (0,2–0,8 × rotoriaus greitis)
- Sukuria stiprias nestabilias jėgas
- Įprasta esant mažam kompresorių srautui
Viršįtampis
- Visos sistemos srauto svyravimas (srautas pirmyn ir atgal)
- Labai žemas dažnis (0,5–10 Hz)
- Ypač didelės jėgos amplitudės
- Gali sugadinti kompresorius, jei tai tęsiasi
Vibracija iš aerodinaminių šaltinių
Peilio praėjimo dažnis (BPF)
- Dominuojantis aerodinaminis vibracijos komponentas
- Amplitudė kinta priklausomai nuo veikimo taško
- Didesnis esant neprojektinėms sąlygoms
- Gali sužadinti struktūrinius rezonansus
Žemo dažnio pulsacijos
- Dėl recirkuliacijos, sustojimo ar viršįtampio
- Dažnai didelės amplitudės (gali viršyti 1× vibracijos)
- Rodo veikimą toli nuo projektavimo taško
- Reikalingi eksploatavimo sąlygų pakeitimai
Plačiajuosčio ryšio vibracija
- Dėl turbulencijos ir srauto triukšmo
- Padidėjęs didelio greičio regionuose
- Didėja kartu su srauto greičiu ir turbulencijos intensyvumu
- Mažiau nerimą kelia nei toniniai komponentai, bet rodo tėkmės kokybę
Sąsaja su mechaniniais efektais
Aerodinaminė-mechaninė sąveika
- Aerodinaminės jėgos nukreipia rotorių
- Deformacija keičia prošvaisas, paveikdama aerodinamines jėgas
- Gali sukelti susietus nestabilumus
- Pavyzdys: Aerodinaminės jėgos sandarikliuose, prisidedančios prie rotoriaus nestabilumo
Aerodinaminis slopinimas
- Oro pasipriešinimas slopina konstrukcijos vibraciją
- Paprastai teigiamas (stabilizuojantis) poveikis
- Tačiau kai kuriomis srauto sąlygomis gali būti neigiamas (destabilizuojantis)
- Svarbu rotoriaus dinamika turbomechanizmų
Dizaino aspektai
Jėgos mažinimas
- Optimizuokite peilių kampus ir tarpus tarp jų
- Pulsacijai sumažinti naudokite difuzorius arba erdvę be menčių
- Plataus stabilaus veikimo diapazono konstrukcija
- Atsižvelkite į menčių skaičių, kad išvengtumėte akustinių rezonansų
Konstrukcijų projektavimas
- Guolių dydis parinktas atsižvelgiant į aerodinamines ir mechanines apkrovas
- Veleno standumas pakankamas deformacijai veikiant aerodinaminėms jėgoms
- Ašmenų natūralūs dažniai atskirti nuo sužadinimo šaltinių
- Korpusas ir konstrukcija, skirti slėgio pulsavimo apkrovoms
Veiklos strategijos
Optimalus veikimo taškas
- Kad aerodinaminės jėgos būtų minimalios, naudokite šalia projektinio taško
- Venkite labai mažo srauto (recirkuliacijos, sustojimo)
- Venkite labai didelio srauto (didelio greičio, turbulencijos)
- Naudokite kintamą greitį, kad išlaikytumėte optimalų tašką
Venkite nestabilumo
- Kompresoriuose laikykitės dešinės pusės viršįtampio linijos
- Įdiekite apsaugos nuo viršįtampių kontrolę
- Stebėti užstojimo pradžią
- Minimali srauto apsauga ventiliatoriams ir kompresoriams
Aerodinaminės jėgos yra esminės oro judėjimo ir dujų tvarkymo įrangos veikimui ir patikimumui. Supratimas, kaip šios jėgos kinta priklausomai nuo eksploatavimo sąlygų, jų vibracijos požymių atpažinimas ir įrangos projektavimas / eksploatavimas taip, kad būtų sumažintos nestabilios aerodinaminės jėgos, naudojant beveik projektinį tašką, užtikrina patikimą ir efektyvų ventiliatorių, pūstuvų, kompresorių ir turbinų veikimą pramonėje.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 