Pochopenie recirkulácie v čerpadlách
Definícia: Čo je recirkulácia?
Recirkulácia je nestabilita prúdenia, ktorá sa vyskytuje v odstredivých čerpadlách a ventilátoroch pri prevádzke s prietokmi výrazne nižšími ako je projektovaný bod (bod najvyššej účinnosti alebo BEP). Pri nízkych prietokoch kvapalina čiastočne mení smer a prúdi spätne z oblasti výtlaku späť smerom k saniu, čím vytvára nestabilné recirkulačné vzorce na vstupe alebo výstupe obežného kolesa. Tento jav generuje nízkofrekvenčné vibrácie. vibrácie pulzácie (zvyčajne 0,2 – 0,8 × rýchlosť chodu), hluk, strata účinnosti a môže spôsobiť vážne mechanické poškodenie cyklickým zaťažením, kavitácia, a kúrenie.
Recirkulácia je jednou z najničivejších prevádzkových podmienok pre čerpadlá, pretože nestále hydraulické sily môžu byť obrovské a v závažných prípadoch spôsobiť poruchy ložísk, poškodenie tesnení, únavu hriadeľa a dokonca aj konštrukčné zlyhanie obežného kolesa. Pochopenie a predchádzanie recirkulácii je rozhodujúce pre spoľahlivosť čerpadla.
Typy recirkulácie
1. Recirkulácia nasávania
Vyskytuje sa na vstupe obežného kolesa (sacia strana):
- Mechanizmus: Pri nízkom prietoku má kvapalina vstupujúca do otvoru obežného kolesa nesprávny uhol prúdenia
- Oddelenie: Prietok sa oddeľuje od sacích plôch lopatiek
- Spätný tok: Oddelená kvapalina prúdi spätne z obežného kolesa
- Nástup: Typicky pri prietoku BEP 60-70%
- miesto: Koncentrované v blízkosti krytov obežných kolies
2. Recirkulácia výpustu
Vyskytuje sa na výstupe z obežného kolesa:
- Mechanizmus: Vysokotlaková výtlačná kvapalina prúdi späť do obvodu obežného kolesa
- Cesta: Priechodné medzery (opotrebovacie krúžky, bočné medzery)
- Miešanie: Recirkulovaný prúd sa mieša s hlavným prúdom, čím vytvára turbulencie
- Nástup: Typicky pri prietoku BEP 40-60%
- Závažnejšie: Vo všeobecnosti škodlivejšie ako recirkulácia nasávania
3. Kombinovaná recirkulácia
- Súčasne je prítomná recirkulácia nasávania aj výtlaku
- Vyskytuje sa pri veľmi nízkych prietokoch (< 40% BEP)
- Najsilnejšie vibrácie a potenciál poškodenia
- Malo by sa tomu zabrániť pomocou ochrany minimálneho prietoku
Vibračný podpis
Charakteristický vzor
- Frekvencia: Subsynchrónne, typicky 0,2 – 0,8 × rýchlosť jazdy
- Príklad: Čerpadlo s 1750 ot./min. vykazuje pulzácie 10 – 20 Hz
- Amplitúda: Môže to byť 2-5× normálna prevádzková vibrácia
- Nestabilné: Frekvencia a amplitúda sa menia, nie sú konštantné
- Náhodná zložka: Zvýšenie širokopásmového pripojenia v dôsledku turbulencií
Závislosť od prietoku
- Vysoký prietok: Bez recirkulácie, nízke vibrácie
- Mierny prietok (80-100% BEP): Minimálna recirkulácia, prijateľné vibrácie
- Nízky prietok (50-70% BEP): Začne sa recirkulácia sania, vibrácie sa zosilnia
- Veľmi nízky prietok (< 50% BEP): Silná recirkulácia, veľmi vysoké vibrácie
- Vypnutie: Maximálna recirkulácia, maximálna miera vibrácií a poškodenia
Ďalšie indikátory
- Vysoká axiálne vibrácie komponent
- Zvýšenie hluku (rev alebo dunenie)
- Strata výkonu (výtlak a prietok pod krivkou)
- Zvýšenie teploty v dôsledku hydraulických strát
Dôsledky a škody
Okamžité účinky
- Silné vibrácie: Môže prekročiť limity alarmu v priebehu niekoľkých minút
- Hluk: Hlasný turbulentný hluk
- Strata účinnosti: Vysoká spotreba energie pre dodávaný prietok
- Kúrenie: Hydraulické straty premenené na teplo
Mechanické poškodenie
- Porucha ložiska: Vysoké cyklické zaťaženie urýchľuje opotrebovanie ložísk
- Poškodenie tesnenia: Vibrácie a tlakové pulzácie poškodzujú tesnenia
- Únava hriadeľa: Striedavé ohybové napätie z hydraulických síl
- Poškodenie obežného kolesa: Únavové praskanie lopatiek z cyklického zaťaženia
Hydraulické poškodenie
- Kavitácia: Recirkulačné zóny náchylné na kavitáciu
- Erózia: Vysokorýchlostný recirkulačný tok eroduje povrchy
- Vírová kavitácia: Víry v recirkulačných zónach kavitujú
Detekcia a diagnostika
Analýza vibrácií
- Hľadajte subsynchrónne zložky (0,2 – 0,8 ×)
- Test pri viacerých prietokoch
- Identifikujte prietok, kde začínajú pulzácie (začiatok recirkulácie)
- Porovnajte s predpoveďami krivky výkonu čerpadla
Testovanie výkonu
- Zmerajte skutočnú krivku prietoku
- Porovnajte s návrhovou krivkou
- Odchýlka pri nízkom prietoku naznačuje recirkuláciu
- Spotreba energie vyššia ako predpoveď krivky
Akustické monitorovanie
- Charakteristický turbulentný revúci zvuk
- Zvýšenie šumu v širokopásmovom pásme
- Počuť a cítiť na telese čerpadla
Prevencia a zmierňovanie
Prevádzkové stratégie
Ochrana minimálneho prietoku
- Nainštalujte automatické recirkulačné potrubie s minimálnym prietokom
- Ventil sa otvára pod bezpečným minimálnym prietokom (typicky 60-70% BEP)
- Recirkuluje výtlačok späť do sacieho potrubia alebo nádrže
- Zabraňuje prevádzke v recirkulačnej zóne
Riadenie prevádzkového bodu
- Zabráňte prevádzke pod minimálnym nepretržitým prietokom
- Na prispôsobenie čerpadla požiadavkám použite pohon s premenlivou rýchlosťou
- Viacero menších čerpadiel namiesto jedného veľkého čerpadla (lepšie redukovanie)
- Postupná prevádzka paralelných čerpadiel
Dizajnové riešenia
- Induktor: Axiálny vstupný stupeň na stabilizáciu sacieho prietoku
- Obežné kolesá s nízkym prietokom: Špeciálne prevedenia pre prevádzku s nízkym prietokom
- Správna veľkosť: Nepredimenzujte čerpadlo (vyhnite sa chronickej prevádzke s nízkym prietokom)
- Širší prevádzkový rozsah: Vyberte čerpadlá s plochými krivkami, ktoré tolerujú kolísanie prietoku
Návrh systému
- Návrhový systém pre prevádzku čerpadla v blízkosti BEP
- Zabezpečte dostatočnú rezervu NPSH na zníženie kavitácie v recirkulačných zónach
- Umiestnenie regulačného ventilu na minimalizáciu škrtenia sania
- Obtokové alebo recirkulačné systémy pre zabezpečenie minimálneho prietoku
Priemyselné normy a smernice
Minimálny nepretržitý prietok
- API 610: Určuje minimálny nepretržitý stabilný prietok pre odstredivé čerpadlá
- Typické hodnoty: 60-70% pre prietok BEP pre radiálne čerpadlá, 70-80% pre zmiešaný prietok
- Tepelné zohľadnenie: Tiež obmedzené nárastom teploty pri nízkom prietoku
Testovanie výkonu
- Výrobné testy overujú bod začiatku recirkulácie
- Poľné výkonnostné testy na potvrdenie
- Kritériá prijatia pre vibrácie pri minimálnom prietoku
Recirkulácia predstavuje jednu z najťažších prevádzkových podmienok pre odstredivé čerpadlá. Jej charakteristický subsynchrónny vibračný podpis, silné amplitúdy pulzácií a potenciál rýchleho mechanického poškodenia robia pochopenie podmienok nástupu recirkulácie, implementáciu ochrany minimálneho prietoku a zabránenie chronickej prevádzke s nízkym prietokom nevyhnutným pre spoľahlivosť a dlhú životnosť čerpadla v priemyselnej prevádzke.
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 