Zrozumienie recyrkulacji w pompach
Definicja: Czym jest recyrkulacja?
Recyrkulacja to niestabilność przepływu występująca w pompach odśrodkowych i wentylatorach pracujących przy przepływach znacznie poniżej punktu projektowego (punktu najlepszej sprawności, BEP). Przy niskich przepływach ciecz częściowo zmienia kierunek, cofając się z obszaru tłoczenia z powrotem w kierunku ssania, tworząc niestabilne wzorce recyrkulacji na wlocie lub wylocie wirnika. Zjawisko to generuje niską częstotliwość. wibracja pulsacje (zwykle 0,2-0,8× prędkości biegu), hałas, utrata wydajności i mogą powodować poważne uszkodzenia mechaniczne w wyniku obciążenia cyklicznego, kawitacja, i ogrzewanie.
Recyrkulacja to jeden z najbardziej destrukcyjnych warunków pracy pomp, ponieważ niestabilne siły hydrauliczne mogą być ogromne, powodując awarie łożysk, uszkodzenia uszczelnień, zmęczenie wału, a w skrajnych przypadkach nawet uszkodzenie konstrukcji wirnika. Zrozumienie i zapobieganie recyrkulacji ma kluczowe znaczenie dla niezawodności pompy.
Rodzaje recyrkulacji
1. Recyrkulacja ssąca
Występuje na wlocie wirnika (strona ssąca):
- Mechanizm: Przy niskim przepływie płyn wchodzący do oka wirnika ma niewłaściwy kąt przepływu
- Rozdzielenie: Przepływ oddziela się od powierzchni ssących łopatek
- Przepływ wsteczny: Oddzielony płyn wypływa wstecz przez oko wirnika
- Początek: Typowo przy przepływie BEP 60–70%
- Lokalizacja: Skupione w pobliżu osłon wirnika
2. Recyrkulacja odprowadzania
Występuje na wylocie wirnika:
- Mechanizm: Płyn wylotowy pod wysokim ciśnieniem cofa się do obwodu wirnika
- Ścieżka: Przelotowe szczeliny (pierścienie ślizgowe, szczeliny boczne)
- Mieszanie: Przepływ recyrkulacyjny miesza się z przepływem głównym, tworząc turbulencje
- Początek: Typowo przy przepływie BEP 40–60%
- Bardziej poważne: Ogólnie rzecz biorąc, bardziej szkodliwe niż recyrkulacja ssąca
3. Recyrkulacja łączona
- Jednocześnie występuje recyrkulacja ssąca i tłoczna
- Występuje przy bardzo niskich przepływach (< 40% BEP)
- Największe potencjalne wibracje i uszkodzenia
- Należy tego unikać poprzez minimalną ochronę przepływu
Sygnatura wibracji
Charakterystyczny wzór
- Częstotliwość: Podsynchronicznie, zwykle 0,2-0,8× prędkości biegu
- Przykład: Pompa 1750 obr./min z pulsacjami 10-20 Hz
- Amplituda: Może powodować 2-5× normalne wibracje robocze
- Nietrwały: Częstotliwość i amplituda są zmienne, ale nie stałe
- Składnik losowy: Wzrost szerokopasmowego dostępu do Internetu z powodu turbulencji
Zależność przepływu
- Wysoki przepływ: Brak recyrkulacji, niskie wibracje
- Przepływ umiarkowany (80-100% BEP): Minimalna recyrkulacja, dopuszczalne wibracje
- Niski przepływ (50-70% BEP): Rozpoczyna się recyrkulacja ssania, wzrasta poziom wibracji
- Bardzo niski przepływ (< 50% BEP): Silna recyrkulacja, bardzo wysokie wibracje
- Wyłączenie: Maksymalna recyrkulacja, maksymalne wibracje i wskaźnik uszkodzeń
Dodatkowe wskaźniki
- Wysoki drgania osiowe część
- Wzrost hałasu (ryczenie lub dudnienie)
- Utrata wydajności (ciśnienie i przepływ poniżej krzywej)
- Wzrost temperatury spowodowany stratami hydraulicznymi
Konsekwencje i szkody
Natychmiastowe efekty
- Silne wibracje: Może przekroczyć limity alarmowe w ciągu kilku minut
- Hałas: Głośny, turbulentny hałas
- Utrata wydajności: Wysokie zużycie energii w stosunku do dostarczanego przepływu
- Ogrzewanie: Straty hydrauliczne zamienione na ciepło
Uszkodzenia mechaniczne
- Awaria łożyska: Wysokie obciążenia cykliczne przyspieszają zużycie łożysk
- Uszkodzenie plomby: Wibracje i pulsacje ciśnienia uszkadzają uszczelnienia
- Zmęczenie wału: Zmienne naprężenie zginające spowodowane siłami hydraulicznymi
- Uszkodzenie wirnika: Pękanie zmęczeniowe łopatki spowodowane cyklicznym obciążeniem
Uszkodzenie hydrauliczne
- Kawitacja: Strefy recyrkulacji podatne na kawitację
- Erozja: Przepływ recyrkulacyjny o dużej prędkości powoduje erozję powierzchni
- Kawitacja wirowa: Wiry w strefach recyrkulacji kawitują
Wykrywanie i diagnostyka
Analiza drgań
- Szukaj komponentów podsynchronicznych (0,2–0,8×)
- Test przy wielu prędkościach przepływu
- Określ natężenie przepływu, przy którym zaczynają się pulsacje (początek recyrkulacji)
- Porównaj z prognozami krzywej wydajności pompy
Testowanie wydajności
- Zmierz rzeczywistą krzywą przepływu powietrza
- Porównaj z krzywą projektową
- Odchylenie przy niskim przepływie wskazuje na recyrkulację
- Zużycie energii wyższe niż przewidywano na krzywej
Monitoring akustyczny
- Charakterystyczny, turbulentny, ryczący dźwięk
- Wzrost hałasu szerokopasmowego
- Można usłyszeć i poczuć przy obudowie pompy
Zapobieganie i łagodzenie
Strategie operacyjne
Minimalna ochrona przepływu
- Zainstaluj automatyczną linię recyrkulacji minimalnego przepływu
- Zawór otwiera się poniżej bezpiecznego minimalnego przepływu (zwykle 60-70% BEP)
- Recyrkulacja odprowadzania z powrotem do ssania lub zbiornika
- Zapobiega pracy w strefie recyrkulacji
Kontrola punktu operacyjnego
- Unikać pracy poniżej minimalnego ciągłego przepływu
- Użyj napędu o zmiennej prędkości, aby dopasować pompę do zapotrzebowania
- Wiele mniejszych pomp zamiast jednej dużej (lepsze ograniczenie wydajności)
- Etapowa praca pomp równoległych
Rozwiązania projektowe
- Induktor: Stopień wlotowy osiowy stabilizujący przepływ ssący
- Wirniki o niskim przepływie: Specjalne konstrukcje do pracy przy niskim przepływie
- Prawidłowy rozmiar: Nie przesadzaj z rozmiarem pompy (unikaj długotrwałej pracy przy niskim przepływie)
- Szerszy zakres działania: Wybierz pompy z płaskimi krzywymi tolerującymi wahania przepływu
Projektowanie systemów
- System projektowania dla pracy pomp w pobliżu BEP
- Zapewnij odpowiedni margines NPSH, aby zmniejszyć kawitację w strefach recyrkulacji
- Umiejscowienie zaworu sterującego w celu zminimalizowania dławienia ssania
- Układy obejściowe lub recyrkulacyjne zapewniające minimalny przepływ
Normy i wytyczne branżowe
Minimalny ciągły przepływ
- API 610: Określa minimalny ciągły stabilny przepływ dla pomp odśrodkowych
- Wartości typowe: 60-70% przepływu BEP dla pomp promieniowych, 70-80% dla przepływu mieszanego
- Uwzględnienie kwestii termicznych: Ograniczone również przez wzrost temperatury przy niskim przepływie
Testowanie wydajności
- Testy fabryczne weryfikują punkt początkowy recyrkulacji
- Testy wydajności w terenie w celu potwierdzenia
- Kryteria akceptacji drgań przy minimalnym przepływie
Recyrkulacja stanowi jedno z najtrudniejszych warunków pracy pomp odśrodkowych. Charakterystyczna dla niej subsynchroniczna charakterystyka drgań, wysokie amplitudy pulsacji oraz możliwość szybkich uszkodzeń mechanicznych sprawiają, że zrozumienie warunków występowania recyrkulacji, wdrożenie zabezpieczenia przed minimalnym przepływem i unikanie przewlekłej pracy przy niskim przepływie ma kluczowe znaczenie dla niezawodności i trwałości pompy w zastosowaniach przemysłowych.
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 