Recirkuliacijos siurbliuose supratimas
Recirkuliacija tai srauto nestabilumas, kuris atsiranda išcentriniuose siurbliuose ir ventiliatoriuose, kai jie veikia esant srautams, kurie yra gerokai mažesni už jų projektinį tašką – didžiausio efektyvumo tašką (BEP). Esant mažam srautui, dalis skysčio pakeičia kryptį, tekėdama atgal iš išleidimo zonos link įsiurbimo ir sukurdama nestabilius recirkuliacijos srautus darbaračio įvade arba išvade. Dėl to susidaro žemo dažnio vibracija pulsacija (paprastai 0,2–0,8 karto didesnė už bėgimo greitį, todėl subsinchroninis), triukšmą, našumo sumažėjimą ir – sunkiais atvejais – rimtus mechaninius pažeidimus dėl ciklinių apkrovų, kavitacija ir šildymo. Tai yra vienas iš labiausiai žalingų siurblio eksploatavimo būdų, todėl jo vengimas yra itin svarbus siurblio patikimumas.
1. Apibrėžimas: Mažo srauto hidraulinis nestabilumas
Darbaratis suprojektuotas taip, kad skystis į jo mentes patektų ir iš jų išeitų tam tikrais kampais esant BEP. Jei srautas sumažinamas gerokai žemiau šio taško, greičio trikampiai nebeatitinka menčių geometrijos: atakos kampas smarkiai nukrypsta, srautas atsiskiria nuo menčių, o skystis, kuriam darbaratis jau suteikė energijos, išsilieja atgal. Šios atgalinės, sūkurinės srovės ir sudaro recirkuliaciją. Kadangi nestabilus hidraulinės jėgos jų sukeliamos jėgos gali būti milžiniškos, o recirkuliacija gali sukelti guolių gedimus, sandariklių pažeidimus, veleno nuovargis ir netgi paties rotoriaus konstrukcijos gedimas. Šio reiškinio supratimas ir prevencija yra itin svarbūs siekiant užtikrinti siurblio ilgaamžiškumą.
2. Recirkuliacijos tipai
Siurbimo recirkuliacija
Atsiranda rotoriaus įsiurbimo angoje (siurbimo pusėje):
- Mechanizmas: esant mažam srautui, į rotoriaus akį patenkantis skystis patenka netinkamu srauto kampu.
- Atskyrimas: srautas atsiskiria nuo mentelių siurbimo paviršių.
- Atvirkštinis srautas: atsiskyręs skystis išsilieja atgal pro rotoriaus angą.
- Pradžia: paprastai esant 60–70 % BEP srauto.
- Vieta: susikaupusios netoli rotoriaus gaubtų.
Išleidimo recirkuliacija
Tai vyksta rotoriaus išmetimo vietoje (išėjime):
- Mechanizmas: Aukšto slėgio išleidžiamas skystis teka atgal į sparnuotės perimetrą
- Kelias: per tarpelius, pavyzdžiui, per nusidėvėjimo žiedus ir šoninius tarpelius.
- Maišymas: grįžtamoji srovė susimaišo su pagrindine srove, sukeldama turbulencija.
- Pradžia: paprastai sudaro 40–60 % BEP srauto.
- Sunkumas: Paprastai žalingesnis nei siurbimo recirkuliacija
Kombinuota recirkuliacija
- Vienu metu vyksta tiek įsiurbimo, tiek išmetimo recirkuliacija.
- Tai pasitaiko esant labai mažam srautui, mažesniam nei maždaug 40 % BEP.
- Sukelia stipriausius virpesius ir kelia didžiausią žalos pavojų.
- To reikėtų vengti naudojant apsaugą nuo per mažo srauto.
3. Vibracijos charakteristika
Būdingas modelis
- Dažnis: mažesnis už sinchroninį, paprastai 0,2–0,8 karto mažesnis už važiavimo greitį.
- Pavyzdys: 1750 aps/min greičiu veikiantis siurblys, kurio pulsacijos dažnis yra 10–20 Hz.
- Amplitudė: gali siekti 2–5 kartus didesnį nei įprastas vibracijos lygį.
- Nestabilus: tiek dažnis, tiek amplitudė svyruoja, o ne išlieka pastovūs.
- Atsitiktinis komponentas: ant viršaus – plačiajuosčio ryšio spartos padidėjimas dėl turbulencijos.
Būtent šis svyruojantis, nesinchroninis pobūdis ir išskiria recirkuliaciją nuo pastovaus 1× disbalansas ir didžiausias mentės sukimosi dažnis mentės praėjimo dažnis; norint jį užfiksuoti, paprastai reikia išnagrinėti tiek spektras ir laiko bangos forma.
Srauto priklausomybė
- Didelis srautas: be recirkuliacijos, mažas vibracijos lygis.
- Vidutinis srautas (80–100 % BEP): minimali recirkuliacija, priimtinas vibracijos lygis.
- Mažas srautas (50–70 % BEP): pradedama siurbimo recirkuliacija ir sustiprėja vibracija.
- Labai mažas srautas (< 50 % BEP): stipri recirkuliacija ir labai didelė vibracija.
- Išjungimas: maksimali recirkuliacija, didžiausias vibravimas ir sparčiausias susidėvėjimas.
Papildomi indikatoriai
- Didelis ašinė vibracija komponentas.
- Padidėjęs triukšmas – gaudimas ar gurgimas.
- Našumo sumažėjimas, kai slėgis ir srautas nukrenta žemiau kreivės.
- Temperatūros kilimas dėl hidraulinių nuostolių, perduodamų skysčiui.
4. Pasekmės ir žala
Tiesioginiai padariniai
- Stiprus vibravimas: gali viršyti pavojaus ribas per kelias minutes.
- Triukšmas: garsus, triukšmingas riaumojimas.
- Efektyvumo sumažėjimas: didelė suvartojama galia, palyginti su faktiškai tiekiamu srautu.
- Šildymas: hidrauliniai nuostoliai, paverčiami šiluma korpuse.
Mechaniniai pažeidimai
- Guolio gedimas: didelės ciklinės apkrovos pagreitina guolio susidėvėjimą dėvėti.
- Plombos pažeidimai: vibracija ir slėgio svyravimai sugadina mechaniniai sandarikliai.
- Veleno nuovargis: kintantis lenkimo įtempis, kurį sukelia nepastovios hidraulinės jėgos.
- Sraigtelio pažeidimai: mentės nuovargio įtrūkimai dėl ciklinių apkrovų.
Hidraulinė žala
- Kavitacija: recirkuliacijos zonose dažnai susidaro kavitacija, nes vietinis slėgis nukrinta žemiau garų slėgio.
- Erozija: didelio greičio recirkuliacinė srovė ardo paviršius.
- Sūkurinė kavitacija: sūkuriai recirkuliacijos zonose sukelia kavitaciją savo žemo slėgio centruose.
5. Nustatymas ir diagnozė
Vibracijos analizė
- Ieškokite sub-sinchroninių komponentų 0,2–0,8× dažnių juostoje.
- Atlikite bandymus esant skirtingiems srauto greičiams, kad nustatytumėte elgseną.
- Nustatykite srauto greitį, kuriuo prasideda pulsacijos – recirkuliacijos pradžią.
- Palyginkite gautus rezultatus su siurblio našumo kreivės prognozėmis.
Našumo testavimas
- Išmatuokite faktinę slėgio ir srauto kreivę.
- Palyginkite tai su projektavimo kreive.
- Nuokrypis esant mažam srautui rodo, kad vyksta recirkuliacija.
- Tai, kad energijos suvartojimas viršija kreivės prognozes, yra patvirtinantis įrodymas.
Akustinis stebėjimas
- Išskirtinis, triukšmingas, riaumojantis garsas.
- Plačiajuosčio triukšmo padidėjimas.
- Dažnai girdimas ir juntamas ant siurblio korpuso.
6. Prevencija ir padarinių švelninimas
Veiklos strategijos
Apsauga nuo per mažo srauto
- Įrengti automatinę recirkuliacijos liniją su mažiausio srauto reguliatoriumi.
- Vožtuvas atsidaro, kai srautas nukrinta žemiau saugaus minimumo (paprastai 60–70 % BEP).
- Jis grąžina išmetamą skystį atgal į siurbimo angą arba į rezervuarą.
- Tai leidžia išlaikyti siurblį už recirkuliacijos zonos ribų.
Darbinio taško reguliavimas
- Venkite dirbti esant mažesniam nei minimalus nuolatinis stabilus srautas.
- Naudokite kintamo greičio pavarą, kad siurblio našumą pritaikytumėte prie poreikio, išnaudodami giminystės dėsniai naudoti BEP įvairioms užduotims atlikti.
- Geresniam reguliavimo diapazonui užtikrinti geriau rinktis kelis mažesnius siurblius, o ne vieną didelį.
- Pagal paklausos pokyčius pakaitomis įjunkite ir išjunkite siurblius.
Dizaino sprendimai
- Induktorius: ašinė įsiurbimo pakopa, skirta stabilizuoti įsiurbimo srautą.
- Mažo srauto sparnuotės: specialūs modeliai, skirti mažo srauto sistemoms.
- Tinkamas dydis: Nenustatykite per didelio siurblio galingumo, nes tai privers jį nuolat dirbti esant mažam srautui.
- Platesnis veikimo diapazonas: rinkitės siurblius su plokščia charakteristika, kurie gerai reaguoja į srauto svyravimus.
Sistemos projektavimas
- Sukurkite sistemą taip, kad siurblys veiktų artimiausiai prie optimalaus našumo taško.
- Užtikrinkite pakankamą NPSH atsargą, kad būtų apribota kavitacija recirkuliacijos zonose.
- Nustatykite reguliavimo vožtuvus taip, kad būtų kuo labiau sumažintas siurbimo srauto ribojimas.
- Įrengti apeinamąsias arba recirkuliacijos sistemas, kad būtų užtikrintas minimalus srautas.
7. Pramonės standartai ir gairės
Minimalus nuolatinis srautas
- API 610: Nurodo minimalų nuolatinį stabilų srautą išcentriniams siurbliams
- Tipinės vertės: 60–70 % BEP srauto radialinėms siurbliams, 70–80 % – mišriojo srauto konstrukcijoms.
- Šiluminiai aspektai: Mažiausias srautas taip pat ribojamas temperatūros pakilimu, kurį skystis gali išlaikyti esant mažam srautui.
Našumo testavimas
- Gamykliniai bandymai leidžia nustatyti recirkuliacijos pradžios tašką.
- Tai patvirtina praktiniai veikimo bandymai įdiegtoje sistemoje.
- Priimtinumo kriterijai apibrėžia leistiną vibraciją esant minimaliam srautui, dažnai nurodant ISO 20816 sunkumo zonos.
Kadangi recirkuliacija, disbalansas, mentių praėjimo reiškiniai ir kavitacija gali padidinti siurblio vibraciją, praktiškas diagnostikos žingsnis yra išmatuoti spektrą esant keliems srauto greičiams ir nustatyti, kuris komponentas kinta kartu su srautu. Nešiojamas dviejų kanalų analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A užfiksuoja sub-sinchroninį pulsavimą ir jo priklausomybę nuo srauto tiesiogiai siurblyje, padėdamas patvirtinti, kad tai yra recirkuliacija, o ne rotoriaus gedimas — ir tais atvejais, kai padidėjęs vibracijos lygis pasirodo esąs 1× disbalansas rotoriuje leidžia technikui jį subalansuoti vietoje, neišardant siurblio. Norint nustatyti atitinkamus dažnius prieš pradedant, siurblio kavitacijos dažnio įvertinimo įrenginys ir a peilio praėjimo dažnio skaičiuoklė pažymėkite vietas, kuriose turėtų pasirodyti kavitacijos triukšmas ir sraigtelių praėjimo piko signalai, kad aiškiai išsiskirtų svyruojanti sub-sinchroninė recirkuliacijos juosta.
Recirkuliacija yra viena iš sudėtingiausių eksploatavimo sąlygų, su kuriomis gali susidurti išcentrinis siurblys. Dėl jai būdingų subsinchroninių vibracijų, didelių pulsacijų amplitudžių ir greito mechaninio susidėvėjimo pavojaus būtina suprasti, kokiomis sąlygomis ji prasideda, įrengti apsaugą nuo minimalaus srauto ir vengti nuolatinio veikimo esant mažam srautui – tai yra pagrindiniai veiksniai, lemiantys siurblio patikimumą ir ilgaamžiškumą pramoninėse sąlygose.
