การวินิจฉัยภาวะโพรงอากาศ
การเกิดโพรงอากาศ เป็นปรากฏการณ์การทำลายที่เกิดขึ้นใน pumps และระบบไฮดรอลิกอื่นๆ: การก่อตัวอย่างรวดเร็วและการยุบตัวอย่างรุนแรง (การระเบิดเข้าด้านใน) ของฟองไอน้ำในของเหลว มันเกิดขึ้นเมื่อความดันคงที่ในพื้นที่ของของเหลวตกต่ำกว่าความดันไอของมัน ดังนั้นของเหลวจึงเดือดชั่วขณะที่อุณหภูมิห้องแล้วกลับเข้ามาร่วมตัวเมื่อความดันกลับมา แม้ว่ามักอธิบายว่าเป็นเสียง “การดีด” หรือ “หินกรวดกระตุกตัน” แต่การปั่นป่วน (cavitation) เป็นแหล่งกำเนิดสำคัญของ การสั่นสะเทือน และสามารถเกิดความเสียหายที่เลวร้ายและกัดกร่านได้กับใบพัดและเปลือกหุ้ม สิ่งสำคัญคือมันเป็นสัญญาณของปัญหา ไฮดรอลิก มากกว่าปัญหาเชิงกลศาสตร์ — แต่สามารถตรวจสอบได้ง่ายด้วย การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนซึ่งทำให้มันเป็นตัวอย่างคลาสสิกของการใช้การสั่นในการวินิจฉัยข้อผิดพลาดของกระบวนการ
1. คำจำกัดความ: Cavitation คืออะไร?
ฟิสิกส์ของการปั่นป่วน (cavitation) ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างความดันในพื้นที่และความดันไอ ภายในปั๊ม ของเหลวจะเร่งขึ้นเมื่อเข้าสู่ตาของใบพัด และตามหลักการของเบอร์นูลลี การเร่งนั้นจะลดความดันในพื้นที่ หากความดันลดลงต่ำกว่าความดันไอของของเหลว ฟองไอขนาดเล็กจะเกิดขึ้น พวกมันจะมีอยู่เพียงจนกว่าการไหลจะพาพวกมันเข้าไปในพื้นที่ที่มีความดันสูงขึ้น — โดยปกติหลายมิลลิเมตรต่อไปตามใบพัด — ซึ่งจะพังทลายลงเกือบทันที การยุบตัวแต่ละครั้งเป็นการระเบิดเข้าด้านในในระดับจุลภาคที่ปล่อยปล่อยสไปค์ความดันที่คมและการพ่วงพลังงานความถี่สูง คูณมากมายจากฟองหลายพันที่เกิดขึ้นทุกวินาทีและผลรวมของพวกมันคือทั้งเสียงรบกวนที่ได้ยินและการสั่นที่วัดได้ พร้อมกับการเกิดหลุมพรุน โลหะพื้นผิวอย่างช้าๆ และมั่นคง
2. การเกิดโพรงอากาศมี 2 ประเภท
ก) การดูดโพรงอากาศ
นี่คือรูปแบบที่พบบ่อยที่สุด มันเกิดขึ้นเมื่อปั๊มขาด “ความอดทน” ของของเหลว — นั่นคือเมื่อ Net Positive Suction Head Available (NPSHa) ตกต่ำกว่า Net Positive Suction Head Required (NPSHr) โดยปั๊ม
- กลไก: แรงดันต่ำที่ตาใบพัดทำให้ของเหลวเดือด ก่อตัวเป็นฟองไอ เมื่อฟองเหล่านี้ถูกพัดพาไปยังบริเวณที่มีแรงดันสูงของใบพัด ฟองเหล่านี้จะยุบตัวลงอย่างรุนแรง
- สาเหตุ: ตัวกรองดูดหรือ strainer ที่อุดตัน วาล์วดูดที่ปิดบางส่วน สายดูดที่มีความยาวเกินไปหรือเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเกินไป หรือปั๊มที่จำเป็นต้องยกของเหลวจากความสูงที่มากเกินไป
แผ่นขอบด้านดูดเป็นปัญหา NPSH โดยพื้นฐาน ดังนั้นเมื่อออกแบบหรือแก้ไขปัญหาการติดตั้ง จึงเป็นการดีที่จะตรวจสอบตัวเลขอย่างชัดเจน เครื่องคำนวณ NPSH คำนวณหาส่วนหัวที่มีอยู่และแสดงให้เห็นว่าระบบเข้าใกล้เกณฑ์การปั่นป่วนมากเพียงใด
ข) การเกิดโพรงอากาศจากการระบายออก
สิ่งนี้เกิดขึ้นน้อยมากและเกิดขึ้นเมื่อแรงดันการปล่อยของปั๊มสูงมาก จนทำให้ของเหลวไม่สามารถไหลออกจากปั๊มได้
- กลไก: ของไหลจะถูกกักไว้ระหว่างใบพัดและหมุนเวียนด้วยความเร็วสูง ทำให้เกิดโซนสุญญากาศความดันต่ำซึ่งฟองอากาศจะก่อตัวขึ้น ฟองอากาศเหล่านี้จะระเบิดออกเมื่อเคลื่อนตัวออกจากบริเวณความดันต่ำ
- สาเหตุ: วาล์วระบายน้ำที่ถูกปิดกั้นหรือปิด หรือการสูบน้ำย้อนเข้าหา "ท่อน้ำตาย" (ท่อน้ำทิ้งที่ถูกปิดกั้นอย่างสมบูรณ์)
การหมุนเวียนภายในความเร็วสูงที่อยู่เบื้องหลังการปั่นป่วนแบบการ discharge นั้นสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดกับการไหล การหมุนเวียนใหม่ซึ่งเป็นความไม่เสถียรของการไหลต่ำอีกอันหนึ่งที่มีอาการบางอย่างเหมือนกันและเป็นหนึ่งในหลาย ๆ อัน ข้อบกพร่องของปั๊มเซนตริฟิวจัล ที่นักวิเคราะห์เรียนรู้ที่จะแยกแยะ
3. ลายเซ็นการสั่นสะเทือนของ Cavitation
การยุบตัวอย่างรุนแรงของฟองไอขนาดเล็กนับพันฟองไม่ได้สร้างความถี่เดียวที่ชัดเจน แต่กลับสร้างลายเซ็นการสั่นสะเทือนที่ชัดเจนมาก:
- เสียงกว้างแบบความถี่สูง: ตัวบ่งชี้หลักคือการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในเสียง “ชั้นพื้นเสียง” ของ สเปกตรัม FFT, โดยเฉพาะที่ความถี่สูง (โดยทั่วไปเกิน 2,000 Hz) ปรากฏเป็นหนุ่มของพลังงานสุ่ม “แบบกว้าง” แทนที่จะเป็นจุดสูงสำคัญที่ชัดเจน
- สุ่มและไม่คงที่: การสั่นสะเทือนมีลักษณะเป็นสุ่มและไม่เป็นคาบ — ซึ่งเป็นเหตุผลที่มันไม่สร้างเส้นที่คมชัด — และแอมพลิจูดโดยรวมสามารถผันผวนไปได้อย่างสังเกตได้จากช่วงหนึ่งไปยังอีกช่วงหนึ่ง ความสุ่มนี้คือสิ่งที่แยกแยะการเกิดฟองอากาศออกจากการไหลธรรมชาติ ความปั่นป่วน, ซึ่งมีแนวโน้มที่จะอ่อนนุ่มกว่าและความถี่ต่ำกว่า
- ฮาร์มอนิกที่อาจเกิดขึ้นของความถี่การผ่านของใบพัด: ในบางกรณี พลังงานสุ่มสามารถกระตุ้น ความถี่ของการผ่านใบพัด (BPF = จำนวนใบพัด × ความเร็วเดินเครื่อง) และฮาร์มอนิกของมัน แต่คุณลักษณะที่โดดเด่นจะยังคงเป็นพื้นสัญญาณรบกวนแบบแถบกว้าง ในปั๊มส่วนประกอบเดียวกันนี้มักเรียกว่า ความถี่ผ่านของใบพัด.
เนื่องจากพลังงานเป็นแถบกว้างและมีการกระแทกแบบอิมพัลส์ เทคนิคที่ปรับให้เหมาะสำหรับการกระแทกซ้ำ ๆ สามารถทำให้การวินิจฉัยชัดเจนขึ้น: การวิเคราะห์ซองจดหมาย และตัวชี้วัดเช่น ปัจจัยยอด ตอบสนองอย่างแรงต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของการยุบตัวของฟองอากาศ หากการเกิดฟองอากาศถูกปล่อยให้เกิดขึ้นต่อไป มันสามารถก่อให้เกิดความเสียหายรองลงมา — การกัดเซาะของใบพัด — ซึ่งจะนำเสนอ ความไม่สมดุล ที่แสดงขึ้นมาเป็นจุดสูงสุด 1× สูง การเตือนที่มีประโยชน์ว่าข้อผิดพลาดหนึ่งสามารถสร้างอีกข้อผิดพลาดได้
4. การยืนยัน
เนื่องจากลายเซ็นนั้นเป็นเสียงรบกวนแบบสุ่ม จึงสามารถสับสนกับแหล่งอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับความปั่นป่วนหรือการไหลได้ ดังนั้นการยืนยันจึงเป็นสิ่งที่คุ้มค่าก่อนที่จะตัดสินใจซ่อมแซม:
- การฟัง: การเกิดฟองอากาศมักสร้างเสียงที่ชัดเจนและได้ยิน เช่นกรวดหรือลูกแก้วกลิ้งไปรอบ ๆ ด้านในของปั๊ม — บ่อยครั้งที่เป็นสัญญาณแรกที่ผู้ปฏิบัติงานสังเกตเห็นบนพื้น
- การเปลี่ยนแปลงกระบวนการ: สำหรับการเกิดฟองอากาศด้านดูดที่อาจสงสัย ให้เปิดวาล์วดูดที่ปิดบางส่วนได้อย่างระมัดระวังและช้า ๆ หรือทำความสะอาดตะเกียงดูด ควรลดหรือขจัดเสียงรบกวนความถี่สูงออกไปทันที การทดสอบการเปลี่ยนแปลง-และ-สังเกตที่เจตนาว่านี้คือหนึ่งในการยืนยันที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่มีอยู่ เนื่องจากมันจัดการกับสาเหตุทางวิศวกรรมโยธาโดยตรง
เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องแก้ไขการเกิดฟองอากาศอย่างรวดเร็ว การแตกในแต่ละครั้งทำหน้าที่เหมือนค้อนเจ็ตขนาดจิ๋ว ลบออกไปที่ใบพัดและเวโลลิวต์ปั๊มแล้วนำไปสู่ความล้มเหลวก่อนเวลา ในสนาม เวิร์กโฟลว์ที่ใช้ได้จริงคือการยืนยันลายเซ็นแบบแถบกว้างบนเครื่องวิเคราะห์การสั่นสะเทือน ขจัดสาเหตุทางวิศวกรรมโยธา จากนั้นตรวจสอบว่าเครื่องจักรได้กลับเข้าสู่สถานะทางกลที่สะอาด เครื่องมือสองช่องแบบพกพาเช่น บาลานเซ็ต-1A เหมาะสำหรับขั้นตอนสุดท้ายนั้น: เมื่อข้อบกพร่องของกระบวนการได้รับการแก้ไขแล้ว มันจะวัด 1× แอมพลิจูดและเฟส ในตลับลูกปืนของปั๊มเองด้วยความเร็วการทำงาน ดังนั้น ความไม่สมดุล ที่เหลืออยู่จากการกัดเซาะสามารถหาปริมาณและแก้ไขได้ในตำแหน่ง สมดุล.
