Разумевање хидрауличних сила у пумпама
Дефиниција: Шта су хидрауличне силе?
Хидрауличне силе су силе које на компоненте пумпе делује текућа течност, укључујући оптерећења изазвана притиском на лопатице импелера, аксијални потисак од разлика у притиску, радијалне силе од асиметричних расподела притиска и пулсирајуће силе од турбуленције протока и интеракције лопатице и спирале. Ове силе се разликују од механичких сила (од неравнотежа, неусклађеност) по томе што настају услед промена притиска флуида и импулса, стварајући вибрација компоненте на фреквенција проласка лопатице и повезане хармонике.
Разумевање хидрауличних сила је неопходно за поузданост пумпе јер ове силе стварају оптерећења лежајева, отклон вратила и вибрације које варирају у зависности од радних услова (проток, притисак, својства флуида), што понашање пумпе чини другачијим од других ротирајућих машина где су силе првенствено механичке.
Врсте хидрауличних сила
1. Аксијални потисак (хидраулични потисак)
Нето аксијална сила од разлике притиска на ротору:
- Механизам: Притисак излаза на једној страни, усисни притисак на другој страни импелера
- Смер: Обично према усисавању (задњи део импелера)
- Величина: Може бити хиљаде фунти чак и у умереним пумпама
- Ефекат: Оптерећења аксијалног лежаја могу проузроковати аксијалне вибрације
- Варира са: Проток, притисак, дизајн импелера
Методе балансирања потиска
- Рупе за балансирање: Рупе у кућишту импелера изједначавају притисак
- Задње лопатице: Лопатице на задњој страни пумпају течност ради смањења притиска
- Двоструко усисавајућа радна кола: Симетрични дизајн који поништава потисак
- Супротстављени импелери: Вишестепене пумпе са импелерима окренутим у супротним смеровима
2. Радијалне силе
Бочне силе од асиметричне расподеле притиска:
У тачки најбоље ефикасности (BEP)
- Расподела притиска релативно симетрична око импелера
- Радијалне силе уравнотежене и поништене
- Минимална нето радијална сила
- Услов најниже вибрације
Искључено BEP (низак проток)
- Асиметрична расподела притиска у спирали
- Нето радијална сила према спиралном језичку
- Величина силе се повећава како се проток смањује
- Може бити 20-40% тежине импелера при искључивању
- Ствара 1× вибрацију од ротирајуће радијалне силе
Искључено BEP (Висок проток)
- Различити асиметрични узорци
- Радијална сила је присутна, али обично мања него при малом протоку
- Турбуленција протока додаје случајне компоненте силе
3. Пулсације проласка лопатице
Периодични импулси притиска док лопатице пролазе кроз водоотпад:
- Учесталост: Број лопатица × обртаји у минути / 60
- Механизам: Сваки пролаз лопатице ствара импулс притиска
- Снаге: Делујте на импелер, спиралу и кућиште
- Вибрација: Доминантна на фреквенцији проласка лопатице
- Величина: Зависи од зазора, радне тачке, дизајна
4. Рециркулационе силе
- Нискофреквентне нестационарне силе из нестабилности протока
- Јављају се при веома ниским или веома високим протоцима
- Фреквенције обично 0,2-0,8× брзина трчања
- Може створити јаке вибрације ниске фреквенције
- Означава рад далеко од БЕП-а
Утицај на перформансе пумпе
Оптерећење лежаја
- Хидрауличне радијалне силе доприносе механичким оптерећењима
- Променљиве силе стварају циклично оптерећење
- Максимално оптерећење при условима ниског протока
- Избор лежаја мора узети у обзир хидраулична оптерећења
- Век трајања лежаја смањен хидрауличним силама (Век трајања ∝ 1/Оптерећење³)
Деформација вратила
- Радијалне силе скрећу вратило
- Мења зазоре заптивки и хабајуће прстенове
- Може утицати на ефикасност
- Екстремни случајеви доводе до трења
Генерисање вибрација
- 1× Компонента: Од сталне или споро променљиве радијалне силе
- ВПФ компонента: Од пулсација притиска
- Ниска фреквенција: Од рециркулације и нестабилности
- Зависно од радне тачке: Вибрација варира у зависности од брзине протока
Механичко напрезање
- Цикличне силе стварају оптерећење замором
- Лопатице импелера оптерећене разликама у притиску
- Замор вратила од момената савијања
- Напрезање кућишта од пулсација притиска
Минимизирање хидрауличне силе
Радите близу БЕП-а
- Најефикаснија стратегија за минимизирање хидрауличних сила
- Радите унутар 80-110% протока BEP када је то могуће
- Минимум радијалних сила на BEP
- Вибрације и оптерећења лежајева минимизирани
Карактеристике дизајна
- Дифузорске пумпе: Симетричнија расподела притиска него код спирале
- Двострука спирала: Два водореза под углом од 180° уравнотежују радијалне силе
- Повећани размаци: Смањите пулсације притиска који пролазе кроз лопатице (али смањите ефикасност)
- Избор броја лопатица: Оптимизујте да бисте избегли акустичне резонанције
Дизајн система
- Минимална рециркулација протока за пумпе основног оптерећења
- Правилно димензионисана пумпа за стварни рад (избегавајте превелико димензионисање)
- Погон са променљивом брзином за одржавање оптималне радне тачке
- Дизајн улаза минимизира претходно вртложење и турбуленцију
Дијагностичка употреба
Криве перформанси и хидрауличне силе
- График вибрација у односу на брзину протока
- Минималне вибрације обично на или близу БЕП-а
- Повећање вибрација при малом протоку указује на високе радијалне силе
- Водичи за избор радног опсега
Анализа ВПФ-а
- Амплитуда VPF-а указује на јачину хидрауличке пулсације
- Повећање VPF-а указује на деградацију клиренса или померање радне тачке
- VPF хармоници указују на турбулентан, поремећен ток
Разматрања мерења
Локације за мерење вибрација
- Кућишта лежајева: Детекција укупних механичких и хидрауличних сила
- Кућиште пумпе: Осетљивији на хидрауличне пулсације
- Усисне и испусне цеви: Пренос пулсација притиска
- Више локација: Разликовање хидрауличних од механичких извора
Мерење пулсације притиска
- Претварачи притиска у усисном и потисном систему
- Директно мерење хидрауличних пулсација
- Корелација са вибрацијом
- Идентификујте акустичне резонанције
Хидрауличне силе су фундаменталне за рад пумпе и главни извор вибрација и оптерећења пумпе. Разумевање како се ове силе мењају у зависности од радних услова, препознавање њихових потписа у спектру вибрација и пројектовање/рад пумпи како би се минимизирале хидрауличне силе кроз рад близак најнижој могућој употреби (BEP) су неопходни за постизање поузданих, дуготрајних перформанси пумпе у индустријским применама.
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 