Разумевање аеродинамичких сила
Дефиниција: Шта су аеродинамичке силе?
Аеродинамичке силе су силе које делују на ротирајуће и непокретне компоненте вентилатора, дуваљки, компресора и турбина кретањем ваздуха или гаса. Ове силе настају услед разлика у притиску, промена импулса у струјању гаса и интеракција флуида и структуре. Аеродинамичке силе укључују сталне силе (потисак, радијална оптерећења) и нестационарне силе (пулсације на фреквенција проласка лопатице, случајне силе изазване турбуленцијом) које стварају вибрација, оптерећење на лежајеве и конструкције, а у неким случајевима и самопобуђене нестабилности.
Аеродинамичке силе су еквивалент хидрауличних сила у пумпама у гасној фази, али са важним разликама: ефекти компресибилности, варијације густине са притиском и температуром и акустично спрезање које може створити резонанције и нестабилности које нису присутне у нестишљивим течним системима.
Врсте аеродинамичких сила
1. Силе потиска
Аксијалне силе од притиска који делују на површине лопатица:
- Центрифугални вентилатори: Разлика у притиску ствара потисак ка улазу
- Аксијални вентилатори: Реакциона сила од убрзања ваздуха
- Турбине: Ширење гаса ствара велики потисак на лопатице
- Величина: Пропорционално порасту притиска и протоку
- Ефекат: Оптерећења аксијални лежајеви, ствара аксијалне вибрације
2. Радијалне силе
Бочне силе од неравномерне расподеле притиска:
Стална радијална сила
- Асиметрични притисак у кућишту/каналима
- Варира у зависности од радне тачке (протока)
- Минимум у тачки пројектовања
- Ствара оптерећење лежаја и 1× вибрацију
Ротациона радијална сила
- Ако импелер/ротор има асиметрично аеродинамичко оптерећење
- Сила се окреће са ротором
- Ствара 1× вибрацију као неравнотежа
- Може се спојити са механичким неравнотежом
3. Пулсације проласка сечива
Периодични импулси притиска при брзини проласка лопатице:
- Учесталост: Број лопатица × обртаји у минути / 60
- Узрок: Свака лопатица ремети поље протока, ствара импулс притиска
- Интеракција: Између ротирајућих лопатица и непокретних носача, лопатица или кућишта
- Амплитуда: Зависи од растојања између лопатица и статора и услова протока
- Ефекат: Примарни извор тонске буке и вибрација вентилатора/компресора
4. Силе изазване турбуленцијом
- Случајне силе: Од турбулентних вртлога и одвајања тока
- Широкопојасни спектар: Енергија расподељена у широком фреквентном опсегу
- Зависно од протока: Повећава се са Рејнолдсовим бројем и радом ван пројектованих услова
- Забринутост због умора: Случајно оптерећење доприноси замору компоненти
5. Нестабилне силе тока
Ротирајући штанд
- Локализовано одвајање тока које се ротира око прстена
- Субсинхрона фреквенција (0,2-0,8× брзина ротора)
- Ствара јаке нестабилне силе
- Уобичајено при малом протоку у компресорима
Налет
- Осцилација протока у целом систему (проток напред и назад)
- Веома ниска фреквенција (0,5-10 Hz)
- Изузетно високе амплитуде силе
- Може уништити компресоре ако се дуже задржава
Вибрације из аеродинамичких извора
Фреквенција проласка лопатице (BPF)
- Доминантна аеродинамичка компонента вибрација
- Амплитуда варира у зависности од радне тачке
- Више при ванпројектним условима
- Може побудити структурне резонанције
Пулсације ниске фреквенције
- Од рециркулације, застоја или пренапона
- Често јака амплитуда (може прећи 1× вибрацију)
- Означава рад далеко од пројектне тачке
- Захтева промене оперативних услова
Вибрације широкопојасног интернета
- Од турбуленције и буке протока
- Повишено у регионима са великом брзином
- Повећава се са брзином протока и интензитетом турбуленције
- Мање забрињавајуће од тоналних компоненти, али указује на квалитет тока
Спрезање са механичким ефектима
Аеродинамичко-механичка интеракција
- Аеродинамичке силе скрећу ротор
- Деформација мења зазоре, утичући на аеродинамичке силе
- Може створити спрегнуте нестабилности
- Пример: Аеродинамичке силе у заптивкама које доприносе нестабилности ротора
Аеродинамичко пригушење
- Отпор ваздуха обезбеђује пригушивање структурних вибрација
- Генерално позитиван (стабилизујући) ефекат
- Али може бити негативан (дестабилизујући) у неким условима протока
- Важно у динамика ротора турбомашина
Разматрања дизајна
Минимизирање силе
- Оптимизујте углове и размак сечива
- Користите дифузоре или простор без лопатица да бисте смањили пулсације
- Дизајн за широк стабилан радни опсег
- Узмите у обзир број лопатица да бисте избегли акустичне резонанције
Структурни дизајн
- Лежајеви димензионисани за аеродинамичка оптерећења плус механичка оптерећења
- Крутост вратила адекватна за деформацију под дејством аеродинамичких сила
- Природне фреквенције лопатица одвојене од извора побуде
- Кућиште и структура пројектовани за оптерећења пулсација притиска
Оперативне стратегије
Оптимална радна тачка
- Радите близу пројектне тачке за минималне аеродинамичке силе
- Избегавајте веома низак проток (рециркулација, застој)
- Избегавајте веома висок проток (велику брзину, турбуленцију)
- Користите променљиву брзину да бисте одржали оптималну тачку
Избегавајте нестабилности
- Останите десно од водовода за успоравање ваздуха у компресорима
- Имплементирајте контролу против пренапона
- Праћење почетка штанда
- Заштита минималног протока за вентилаторе и компресоре
Аеродинамичке силе су фундаменталне за рад и поузданост опреме за кретање ваздуха и руковање гасом. Разумевање како се ове силе мењају у зависности од радних услова, препознавање њихових вибрационих потписа и пројектовање/рад опреме како би се минимизирале нестабилне аеродинамичке силе кроз рад близу пројектне тачке обезбеђује поуздан и ефикасан рад вентилатора, дуваљки, компресора и турбина у индустријској употреби.
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 