Razumevanje recirkulacije v črpalkah

Naprave

Prenosni balanser in analizator vibracij Balanset-1A

$2,358.31

Deli

Senzor vibracij

$107.47

Deli

Optični senzor (laserski tahometer)

$148.07

Naprave

Balanset-4

$8,123.32

Deli

Magnetno stojalo velikosti 60 kgf

$54.93

Deli

Reflektivni trak

$11.94

Naprave

Dinamični balanser "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicija: Kaj je recirkulacija?

Recirkulacija je nestabilnost pretoka, ki se pojavi v centrifugalnih črpalkah in ventilatorjih, ko delujejo s pretoki, ki so bistveno pod projektno točko (točka največje učinkovitosti ali BEP). Pri nizkih pretokih tekočina delno obrne smer in teče nazaj iz izpustnega območja nazaj proti sesanju, kar ustvarja nestabilne recirkulacijske vzorce na vhodu ali izpustu rotorja. Ta pojav ustvarja nizkofrekvenčne vibracije. vibracije pulzacije (običajno 0,2–0,8 × hitrost delovanja), hrup, izguba učinkovitosti in lahko povzročijo hude mehanske poškodbe zaradi ciklične obremenitve, kavitacija, in ogrevanje.

Recirkulacija je eden najbolj uničujočih obratovalnih pogojev za črpalke, saj so lahko nestalne hidravlične sile ogromne in v hujših primerih povzročijo okvare ležajev, poškodbe tesnil, utrujenost gredi in celo strukturno odpoved rotorja. Razumevanje in preprečevanje recirkulacije je ključnega pomena za zanesljivost črpalke.

Vrste recirkulacije

1. Recirkulacija sesanja

Pojavi se na vhodu v rotor (sesalna stran):

• Mehanizem: Pri nizkem pretoku ima tekočina, ki vstopa v uho rotorja, napačen kot pretoka
• Ločitev: Tok se loči od sesalnih površin lopatic
• Povratni tok: Ločena tekočina teče nazaj iz ušesa rotorja
• Začetek: Običajno pri 60-70% pretoka BEP
• Lokacija: Koncentrirano v bližini okrovov rotorja

2. Recirkulacija izpustov

Pojavi se na izpustu rotorja (izhodu):

• Mehanizem: Visokotlačna izpustna tekočina teče nazaj v obod rotorja
• Pot: Skoznje reže (obrabni obroči, stranske reže)
• Mešanje: Recirkulacijski tok se meša z glavnim tokom, kar ustvarja turbulenco
• Začetek: Običajno pri pretoku BEP 40–601 TP3T
• Hudejše: Na splošno bolj škodljivo kot sesalna recirkulacija

3. Kombinirana recirkulacija

• Hkrati sta prisotni tako sesalna kot izpustna recirkulacija
• Pojavlja se pri zelo nizkih pretokih (< 40% BEP)
• Najhujše vibracije in potencial za poškodbe
• Izogibati se je treba z zaščito minimalnega pretoka

Vibracijski podpis

Značilen vzorec

• Pogostost: Subsinhrono, običajno 0,2–0,8 × hitrost teka
• Primer: Črpalka s 1750 vrt/min kaže pulzacije 10–20 Hz
• Amplituda: Lahko je 2-5× normalne vibracije pri delovanju
• Nestabilno: Frekvenca in amplituda se spreminjata, nista konstantni
• Naključna komponenta: Povečanje širokopasovnega interneta zaradi turbulence

Odvisnost od pretoka

• Visok pretok: Brez recirkulacije, nizke vibracije
• Zmeren pretok (80-100% BEP): Minimalna recirkulacija, sprejemljive vibracije
• Nizek pretok (50-70% BEP): Začne se recirkulacija sesanja, vibracije se povečajo
• Zelo nizek pretok (< 50% BEP): Huda recirkulacija, zelo visoke vibracije
• Izklop: Največja recirkulacija, največja stopnja vibracij in poškodb

Dodatni kazalniki

• Visoka aksialne vibracije komponenta
• Povečanje hrupa (rjovenje ali ropotanje)
• Izguba zmogljivosti (tlačni tlak in pretok pod krivuljo)
• Povišanje temperature zaradi hidravličnih izgub

Posledice in škoda

Takojšnji učinki

• Močne vibracije: Lahko preseže meje alarma v nekaj minutah
• Hrup: Glasen turbulenten hrup
• Izguba učinkovitosti: Visoka poraba energije za dovedeni pretok
• Ogrevanje: Hidravlične izgube, pretvorjene v toploto

Mehanske poškodbe

• Okvara ležaja: Visoke ciklične obremenitve pospešujejo obrabo ležajev
• Poškodba tesnila: Vibracije in tlačne pulzacije poškodujejo tesnila
• Utrujenost gredi: Izmenična upogibna napetost zaradi hidravličnih sil
• Poškodba rotorja: Razpoke zaradi utrujenosti lopatic zaradi ciklične obremenitve

Hidravlična škoda

• Kavitacija: Recirkulacijske cone, nagnjene h kavitaciji
• Erozija: Visokohitrostni recirkulacijski tok erodira površine
• Vrtinčna kavitacija: Vrtinci v conah recirkulacije kavitirajo

Odkrivanje in diagnoza

Analiza vibracij

• Poiščite subsinhrone komponente (0,2–0,8×)
• Preizkus pri več pretokih
• Določite pretok, kjer se začnejo pulzacije (začetek recirkulacije)
• Primerjajte z napovedmi krivulje delovanja črpalke

Testiranje zmogljivosti

• Izmerite dejansko krivuljo pretoka
• Primerjajte s krivuljo načrtovanja
• Odstopanje pri nizkem pretoku kaže na recirkulacijo
• Poraba energije je višja od napovedi krivulje

Akustično spremljanje

• Značilen turbulenten rjoveč zvok
• Povečanje šuma širokopasovnega omrežja
• Sliši se in čuti na ohišju črpalke

Preprečevanje in blaženje

Operativne strategije

Zaščita minimalnega pretoka

• Namestite avtomatsko recirkulacijsko cev z minimalnim pretokom
• Ventil se odpre pod varnim minimalnim pretokom (običajno 60-70% BEP)
• Recirkulira izpust nazaj v sesanje ali rezervoar
• Preprečuje delovanje v coni recirkulacije

Nadzor delovne točke

• Izogibajte se delovanju pod minimalnim neprekinjenim pretokom
• Za prilagoditev črpalke potrebam uporabite pogon s spremenljivo hitrostjo
• Več manjših črpalk namesto ene velike črpalke (boljše zmanjšanje obratovanja)
• Stopenjsko delovanje vzporednih črpalk

Oblikovalske rešitve

• Induktor: Aksialna vstopna stopnja za stabilizacijo sesalnega toka
• Rotorji z nizkim pretokom: Posebne zasnove za delovanje z nizkim pretokom
• Pravilna velikost: Ne predimenzirajte črpalke (izogibajte se kroničnemu delovanju z nizkim pretokom)
• Širši delovni razpon: Izberite črpalke z ravnimi krivuljami, ki prenašajo spremembe pretoka

Zasnova sistema

• Sistem načrtovanja za delovanje črpalke v bližini BEP
• Zagotovite zadostno rezervo NPSH za zmanjšanje kavitacije v recirkulacijskih conah
• Namestitev regulacijskega ventila za zmanjšanje dušenja sesanja
• Obvodni ali recirkulacijski sistemi za zagotavljanje minimalnega pretoka

Industrijski standardi in smernice

Minimalni neprekinjen pretok

• API 610: Določa minimalni neprekinjen stabilen pretok za centrifugalne črpalke
• Tipične vrednosti: 60-70% pretoka BEP za radialne črpalke, 70-80% za mešani pretok
• Toplotni vidik: Omejeno tudi zaradi dviga temperature pri nizkem pretoku

Testiranje zmogljivosti

• Tovarniški testi preverjajo začetno točko recirkulacije
• Terenski testi delovanja za potrditev
• Merila sprejemljivosti za vibracije pri minimalnem pretoku

Recirkulacija predstavlja enega najtežjih obratovalnih pogojev za centrifugalne črpalke. Zaradi značilnih subsinhronskih vibracij, močnih amplitud pulziranja in možnosti hitre mehanske poškodbe je razumevanje pogojev za nastanek recirkulacije, izvajanje zaščite pred minimalnim pretokom in preprečevanje kroničnega delovanja z nizkim pretokom bistvenega pomena za zanesljivost in dolgo življenjsko dobo črpalke v industrijski uporabi.

---

← Nazaj na glavno kazalo