Czym są siły aerodynamiczne? Obciążenia wentylatorów i turbin • Przenośny wyważacz, analizator drgań "Balanset" do dynamicznego wyważania kruszarek, wentylatorów, mulczerów, ślimaków w kombajnach, wałów, wirówek, turbin i wielu innych wirników Czym są siły aerodynamiczne? Obciążenia wentylatorów i turbin • Przenośny wyważacz, analizator drgań "Balanset" do dynamicznego wyważania kruszarek, wentylatorów, mulczerów, ślimaków w kombajnach, wałów, wirówek, turbin i wielu innych wirników

Czym są siły aerodynamiczne? Obciążenia wentylatorów i turbin

Opublikowane przez admin w dniu

Zrozumienie sił aerodynamicznych

Definicja: Czym są siły aerodynamiczne?

Siły aerodynamiczne Siły aerodynamiczne to siły wywierane na elementy obrotowe i stacjonarne wentylatorów, dmuchaw, sprężarek i turbin poprzez ruch powietrza lub gazu. Siły te wynikają z różnic ciśnień, zmian pędu przepływającego gazu oraz oddziaływań między płynem a konstrukcją. Siły aerodynamiczne obejmują siły ustalone (napór, obciążenia promieniowe) i siły nieustalone (pulsacje). częstotliwość mijania łopatek, (siły losowe wywołane turbulencjami), które tworzą wibracja, obciążenia łożysk i konstrukcji, a w niektórych przypadkach samowzbudne niestabilności.

Siły aerodynamiczne są odpowiednikami sił hydraulicznych w fazie gazowej w pompach, ale występują między nimi istotne różnice: wpływ ściśliwości, zmiany gęstości w zależności od ciśnienia i temperatury oraz sprzężenia akustyczne, które mogą powodować rezonanse i niestabilności nieobecne w układach cieczy nieściśliwych.

Rodzaje sił aerodynamicznych

1. Siły ciągu

Siły osiowe wynikające z ciśnienia działającego na powierzchnie łopatek:

  • Wentylatory promieniowe: Różnica ciśnień powoduje parcie w kierunku wlotu
  • Wentylatory osiowe: Siła reakcji wynikająca z przyspieszenia powietrza
  • Turbiny: Rozprężanie się gazu powoduje duży nacisk na łopatki
  • Ogrom: Proporcjonalnie do wzrostu ciśnienia i natężenia przepływu
  • Efekt: Masa łożyska oporowe, tworzy drgania osiowe

2. Siły promieniowe

Siły boczne wynikające z nierównomiernego rozkładu ciśnienia:

Stała siła promieniowa

  • Asymetria ciśnienia w obudowie/przewodach wentylacyjnych
  • Zmienia się w zależności od punktu pracy (przepływu)
  • Minimum w punkcie projektowym
  • Tworzy obciążenie łożyska i 1× wibracje

Obrotowa siła promieniowa

  • Jeżeli wirnik ma asymetryczne obciążenie aerodynamiczne
  • Siła obraca się wraz z wirnikiem
  • Tworzy 1× wibracje takie jak brak równowagi
  • Można łączyć z niewyważeniem mechanicznym

3. Pulsacje podczas mijania łopatek

Okresowe impulsy ciśnienia przy prędkości przejścia łopatki:

  • Częstotliwość: Liczba ostrzy × obr./min / 60
  • Przyczyna: Każda łopatka zakłóca pole przepływu, wytwarzając impuls ciśnienia
  • Wzajemne oddziaływanie: Między obracającymi się łopatkami a nieruchomymi rozpórkami, łopatkami lub obudową
  • Amplituda: Zależy od luzu między łopatką a stojanem i warunków przepływu
  • Efekt: Główne źródło hałasu i wibracji wentylatora/sprężarki

4. Siły wywołane turbulencją

  • Siły losowe: Z turbulentnych wirów i rozdzielenia przepływu
  • Widmo szerokopasmowe: Energia rozprowadzana w szerokim zakresie częstotliwości
  • Zależne od przepływu: Zwiększa się wraz z liczbą Reynoldsa i pracą niezgodną z projektem
  • Obawy związane ze zmęczeniem: Losowe obciążenie przyczynia się do zmęczenia komponentów

5. Niestabilne siły przepływu

Obrotowy stragan

  • Lokalne rozdzielenie przepływu obracające się wokół pierścienia
  • Częstotliwość subsynchroniczna (0,2-0,8× prędkość wirnika)
  • Tworzy silne, niestabilne siły
  • Częste przy niskim przepływie w sprężarkach

Wzrost

  • Oscylacje przepływu w całym systemie (przepływ do przodu i do tyłu)
  • Bardzo niska częstotliwość (0,5-10 Hz)
  • Ekstremalnie wysokie amplitudy siły
  • Może zniszczyć sprężarki, jeśli będzie utrzymywany

Wibracje ze źródeł aerodynamicznych

Częstotliwość przejścia łopatek (BPF)

  • Dominująca składowa drgań aerodynamicznych
  • Amplituda zmienia się w zależności od punktu pracy
  • Wyższe w warunkach pozaprojektowych
  • Może wzbudzać rezonanse strukturalne

Pulsacje o niskiej częstotliwości

  • Z powodu recyrkulacji, przeciągnięcia lub przepięcia
  • Często duża amplituda (może przekroczyć 1× wibracji)
  • Oznacza działanie w sposób daleki od punktu projektowego
  • Wymaga zmian warunków operacyjnych

Wibracje szerokopasmowe

  • Z powodu turbulencji i hałasu przepływu
  • Podwyższone w regionach o dużej prędkości
  • Zwiększa się wraz ze wzrostem natężenia przepływu i intensywności turbulencji
  • Mniej niepokojące niż składniki tonalne, ale wskazuje na jakość przepływu

Sprzęganie z efektami mechanicznymi

Oddziaływanie aerodynamiczno-mechaniczne

  • Siły aerodynamiczne odchylają wirnik
  • Ugięcie zmienia luzy, wpływając na siły aerodynamiczne
  • Może tworzyć sprzężone niestabilności
  • Przykład: Siły aerodynamiczne w uszczelnieniach przyczyniające się do niestabilności wirnika

Tłumienie aerodynamiczne

  • Opór powietrza zapewnia tłumienie drgań konstrukcyjnych
  • Ogólnie pozytywny (stabilizujący) efekt
  • Ale może być ujemny (destabilizujący) w niektórych warunkach przepływu
  • Ważne w dynamika wirnika turbomaszyn

Rozważania projektowe

Minimalizacja siły

  • Zoptymalizuj kąty i odstępy między łopatkami
  • Aby zmniejszyć pulsacje, należy stosować dyfuzory lub przestrzenie bezłopatkowe
  • Zaprojektowany dla szerokiego, stabilnego zakresu działania
  • Weź pod uwagę liczbę łopatek, aby uniknąć rezonansów akustycznych

Projektowanie konstrukcyjne

  • Łożyska o wymiarach dostosowanych do obciążeń aerodynamicznych i mechanicznych
  • Sztywność wału wystarczająca do ugięcia pod wpływem sił aerodynamicznych
  • Częstotliwości własne łopatek oddzielone od źródeł wzbudzenia
  • Obudowa i konstrukcja zaprojektowane do obciążeń pulsacyjnych ciśnienia

Strategie operacyjne

Optymalny punkt operacyjny

  • Działaj w pobliżu punktu projektowego, aby zminimalizować siły aerodynamiczne
  • Unikaj bardzo niskiego przepływu (recyrkulacja, zatrzymanie)
  • Unikaj bardzo dużego przepływu (dużej prędkości, turbulencji)
  • Użyj zmiennej prędkości, aby utrzymać optymalny punkt

Unikaj niestabilności

  • Trzymaj się prawej strony linii przepięciowej w sprężarkach
  • Wdrożenie kontroli przeciwprzepięciowej
  • Monitoruj początek przeciągnięcia
  • Minimalna ochrona przepływu dla wentylatorów i sprężarek

Siły aerodynamiczne mają fundamentalne znaczenie dla działania i niezawodności urządzeń do przemieszczania powietrza i gazów. Zrozumienie, jak siły te zmieniają się w zależności od warunków pracy, rozpoznanie ich charakterystyki drgań oraz projektowanie/eksploatacja urządzeń w celu minimalizacji niestabilnych sił aerodynamicznych poprzez pracę w warunkach zbliżonych do projektowych, zapewnia niezawodną i wydajną pracę wentylatorów, dmuchaw, sprężarek i turbin w zastosowaniach przemysłowych.

← Powrót do indeksu głównego

Kategorie:
WhatsApp