Aerodinamisko spēku izpratne
Definīcija: Kas ir aerodinamiskie spēki?
Aerodinamiskie spēki ir spēki, ko uz rotējošām un nekustīgām detaļām ventilatoros, pūtējos, kompresoros un turbīnās iedarbojas kustīgs gaiss vai gāze. Šie spēki rodas spiediena diferenciāļu, plūstošās gāzes impulsa izmaiņu un šķidruma un struktūras mijiedarbības dēļ. Aerodinamiskie spēki ietver stacionārus spēkus (vilci, radiālās slodzes) un nestacionārus spēkus (pulsācijas pie asmens caurlaišanas frekvence, turbulences izraisīti nejauši spēki), kas rada vibrācija, slodze uz gultņiem un konstrukcijām, un dažos gadījumos pašierastas nestabilitātes.
Aerodinamiskie spēki ir sūkņu hidraulisko spēku gāzes fāzes ekvivalents, taču ar būtiskām atšķirībām: saspiežamības efekti, blīvuma izmaiņas atkarībā no spiediena un temperatūras, kā arī akustiskā sasaiste, kas var radīt rezonanses un nestabilitātes, kādas nav nesaspiežamās šķidruma sistēmās.
Aerodinamisko spēku veidi
1. Vilces spēki
Aksiālie spēki no spiediena, kas iedarbojas uz lāpstiņu virsmām:
- Centrbēdzes ventilatori: Spiediena starpība rada vilkmi ieplūdes virzienā
- Aksiālie ventilatori: Reakcijas spēks no gaisa paātrinājuma
- Turbīnas: Gāzes izplešanās rada lielu vilci uz lāpstiņām
- Lielums: Proporcionāli spiediena pieaugumam un plūsmas ātrumam
- Efekts: Kravas vilces gultņi, rada aksiālā vibrācija
2. Radiālie spēki
Sāniskie spēki no nevienmērīga spiediena sadalījuma:
Pastāvīgs radiālais spēks
- Asimetriskais spiediens korpusā/gaisa vados
- Mainās atkarībā no darbības punkta (plūsmas ātruma)
- Minimums projektēšanas punktā
- Rada gultņu slodzi un 1× vibrāciju
Rotējošais radiālais spēks
- Ja lāpstiņritenim/rotoram ir asimetriska aerodinamiskā slodze
- Spēks griežas ar rotoru
- Rada 1× vibrāciju, piemēram, nelīdzsvarotība
- Var savienoties ar mehānisku disbalansu
3. Asmens pārejošās pulsācijas
Periodiski spiediena impulsi pie lāpstiņas kustības ātruma:
- Biežums: Asmeņu skaits × apgr./min / 60
- Iemesls: Katrs lāpstiņš traucē plūsmas lauku, radot spiediena impulsu
- Mijiedarbība: Starp rotējošiem lāpstiņām un nekustīgiem statņiem, lāpstiņām vai korpusu
- Amplitūda: Atkarīgs no attāluma starp asmeni un statoru un plūsmas apstākļiem
- Efekts: Ventilatora/kompresora tonālā trokšņa un vibrācijas galvenais avots
4. Turbulences radītie spēki
- Nejaušie spēki: No turbulentiem virpuļiem un plūsmas atdalīšanās
- Platjoslas spektrs: Enerģijas sadalījums plašā frekvenču diapazonā
- Atkarīgs no plūsmas: Palielinās līdz ar Reinoldsa skaitli un darbību ārpus projektēšanas
- Noguruma bažas: Nejauša slodze veicina detaļu nogurumu
5. Nestabili plūsmas spēki
Rotējošais stends
- Lokalizēta plūsmas atdalīšanās, kas rotē ap gredzenu
- Subsinhronā frekvence (0,2–0,8 × rotora ātrums)
- Rada spēcīgus nestabilus spēkus
- Bieži sastopams kompresoros ar zemu plūsmu
Pārspriegums
- Sistēmas mēroga plūsmas svārstības (plūsma uz priekšu un atpakaļ)
- Ļoti zema frekvence (0,5–10 Hz)
- Īpaši augstas spēka amplitūdas
- Var sabojāt kompresorus, ja tie ir ilgstoši
Vibrācija no aerodinamiskiem avotiem
Asmens caurlaides frekvence (BPF)
- Dominējošā aerodinamiskā vibrācijas komponente
- Amplitūda mainās atkarībā no darbības punkta
- Augstāks ārpus projektēšanas apstākļiem
- Var ierosināt strukturālās rezonanses
Zemfrekvences pulsācijas
- No recirkulācijas, apstāšanās vai pārsprieguma
- Bieži vien ar lielu amplitūdu (var pārsniegt 1× vibrāciju)
- Norāda darbību tālu no projektēšanas punkta
- Nepieciešamas izmaiņas ekspluatācijas apstākļos
Platjoslas vibrācija
- No turbulences un plūsmas trokšņa
- Paaugstināts ātrgaitas reģionos
- Palielinās līdz ar plūsmas ātrumu un turbulences intensitāti
- Mazāk satraucošs nekā tonālie komponenti, bet norāda uz plūsmas kvalitāti
Savienošana ar mehāniskiem efektiem
Aerodinamiski mehāniskā mijiedarbība
- Aerodinamiskie spēki novirza rotoru
- Novirze maina klīrensu, ietekmējot aerodinamiskos spēkus
- Var radīt saistītas nestabilitātes
- Piemērs: Aerodinamiskie spēki blīvējumos, kas veicina rotora nestabilitāti
Aerodinamiskā slāpēšana
- Gaisa pretestība nodrošina konstrukcijas vibrācijas slāpēšanu
- Parasti pozitīva (stabilizējoša) iedarbība
- Bet dažos plūsmas apstākļos var būt negatīvs (destabilizējošs)
- Svarīgi rotora dinamika turbīnas
Dizaina apsvērumi
Spēka samazināšana
- Optimizējiet asmeņu leņķus un atstarpes
- Lai samazinātu pulsāciju, izmantojiet difuzorus vai telpu bez lāpstiņām.
- Plaša, stabila darbības diapazona dizains
- Lai izvairītos no akustiskajām rezonansēm, ņemiet vērā lāpstiņu skaitu
Konstrukciju projektēšana
- Gultņi, kuru izmērs ir paredzēts aerodinamiskām un mehāniskām slodzēm
- Vārpstas stingrība, kas ir pietiekama novirzei aerodinamisko spēku ietekmē
- Lāpstiņas dabiskās frekvences, kas atdalītas no ierosmes avotiem
- Korpuss un konstrukcija, kas paredzēta spiediena pulsācijas slodzēm
Darbības stratēģijas
Optimālais darbības punkts
- Darbojas tuvu projektētajam punktam, lai nodrošinātu minimālus aerodinamiskos spēkus
- Izvairieties no ļoti zemas plūsmas (recirkulācijas, apstāšanās)
- Izvairieties no ļoti lielas plūsmas (liels ātrums, turbulence)
- Izmantojiet mainīgu ātrumu, lai saglabātu optimālu punktu
Izvairieties no nestabilitātes
- Kompresoros turieties pa labi no pārsprieguma līnijas
- Ieviest pretpārsprieguma kontroli
- Apstāšanās sākuma monitors
- Minimālās plūsmas aizsardzība ventilatoriem un kompresoriem
Aerodinamiskie spēki ir būtiski gaisa pārvietošanas un gāzes apstrādes iekārtu darbībai un uzticamībai. Izpratne par to, kā šie spēki mainās atkarībā no ekspluatācijas apstākļiem, to vibrācijas signālu atpazīšana un iekārtu projektēšana/ekspluatācija, lai samazinātu nestacionāros aerodinamiskos spēkus, izmantojot darbību gandrīz projektēšanas punktā, nodrošina ventilatoru, pūtēju, kompresoru un turbīnu uzticamu un efektīvu darbību rūpnieciskajos pakalpojumos.
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 