ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความปั่นป่วนของการไหล

อุปกรณ์

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

อะไหล่

Vibration sensor

$107.47

อะไหล่

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

อุปกรณ์

Balanset-4

$8,123.32

อะไหล่

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

อะไหล่

Reflective tape

$11.94

อุปกรณ์

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

คำจำกัดความ: ความปั่นป่วนของการไหลคืออะไร?

ความปั่นป่วนของการไหล คือการเคลื่อนที่ของของไหลแบบวุ่นวายและไม่สม่ำเสมอ มีลักษณะเด่นคือความผันผวนของความเร็วแบบสุ่ม กระแสน้ำวนหมุนวน และกระแสน้ำวนในปั๊ม พัดลม คอมเพรสเซอร์ และระบบท่อ การไหลแบบปั่นป่วนแตกต่างจากการไหลแบบราบเรียบที่อนุภาคของของไหลเคลื่อนที่ในเส้นทางขนานอย่างมีระเบียบ การไหลแบบปั่นป่วนจะแสดงการเคลื่อนที่แบบสามมิติแบบสุ่มด้วยความเร็วและความดันที่เปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง ในเครื่องจักรที่หมุน ความปั่นป่วนจะสร้างแรงที่ไม่คงตัวบนใบพัดและใบพัด ทำให้เกิดแบนด์วิดท์กว้าง การสั่นสะเทือน, เสียงรบกวน การสูญเสียพลังงาน และการก่อให้เกิดความล้าของส่วนประกอบ.

แม้ว่าความปั่นป่วนบางอย่างจะเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้และเป็นที่ต้องการในแอปพลิเคชันต่างๆ มากมาย (การไหลแบบปั่นป่วนช่วยให้การผสมและการถ่ายเทความร้อนดีขึ้น) แต่ความปั่นป่วนที่มากเกินไปจากสภาวะทางเข้าที่ไม่ดี การทำงานที่ผิดการออกแบบ หรือการแยกตัวของการไหล จะสร้างปัญหาการสั่นสะเทือน ลดประสิทธิภาพ และเร่งการสึกหรอทางกลไกในปั๊มและพัดลม.

ลักษณะของการไหลปั่นป่วน

การเปลี่ยนผ่านระบอบการไหล

การเปลี่ยนของการไหลจากลามินาร์ไปเป็นปั่นป่วนตามหมายเลขเรย์โนลด์:

• หมายเลขเรย์โนลด์ (Re): Re = (ρ × V × D) / µ
• โดยที่ ρ = ความหนาแน่น, V = ความเร็ว, D = มิติลักษณะเฉพาะ, µ = ความหนืด
• การไหลแบบลามินาร์: อีกครั้ง < 2300 (เรียบสั่งได้)
• ช่วงเปลี่ยนผ่าน: รี 2300-4000
• การไหลปั่นป่วน: Re > 4000 (วุ่นวาย, ไม่สม่ำเสมอ)
• เครื่องจักรอุตสาหกรรม: เกือบจะดำเนินการในระบอบปั่นป่วนเสมอ

ลักษณะเฉพาะของความปั่นป่วน

• ความผันผวนของความเร็วแบบสุ่ม: ความเร็วทันทีจะแปรผันอย่างไม่แน่นอนรอบค่าเฉลี่ย
• กระแสน้ำวนและกระแสน้ำวน: โครงสร้างหมุนวนขนาดต่างๆ
• พลังงานน้ำตก: กระแสน้ำวนขนาดใหญ่จะสลายตัวลงเป็นกระแสน้ำวนขนาดเล็กลงเรื่อยๆ
• การผสม: การผสมผสานอย่างรวดเร็วของโมเมนตัม ความร้อน และมวล
• การสูญเสียพลังงาน: แรงเสียดทานปั่นป่วนแปลงพลังงานจลน์เป็นความร้อน

แหล่งกำเนิดความปั่นป่วนในเครื่องจักร

การรบกวนทางเข้า

• การออกแบบทางเข้าที่ไม่ดี: โค้งหักศอก มีสิ่งกีดขวาง ความยาวตรงไม่เพียงพอ
• หมุน: การหมุนล่วงหน้าของของเหลวที่เข้าสู่ใบพัด/พัดลม
• ความเร็วที่ไม่สม่ำเสมอ: โปรไฟล์ความเร็วบิดเบี้ยวจากอุดมคติ
• ผล: ความเข้มข้นของการปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้น การสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพการทำงานที่ลดลง

การแยกการไหล

• ความต่างของความดันเชิงลบ: การไหลแยกออกจากพื้นผิว
• การทำงานนอกการออกแบบ: มุมการไหลที่ไม่ถูกต้องทำให้ใบพัดแยกออกจากกัน
• แผงลอย: การแยกที่กว้างขวางบนด้านดูดใบมีด
• ผลลัพธ์: ความเข้มข้นของความปั่นป่วนสูงมาก พลังแห่งความโกลาหล

ภูมิภาคเวค

• คลื่นปั่นป่วนบริเวณท้ายน้ำของใบพัด เสาค้ำ หรือสิ่งกีดขวาง
• ความรุนแรงของความปั่นป่วนสูงในกระแสน้ำ
• ส่วนประกอบปลายน้ำได้รับแรงที่ไม่คงที่
• การโต้ตอบระหว่างใบมีดและใบพัดมีความสำคัญในเครื่องจักรหลายขั้นตอน

ภูมิภาคที่มีความเร็วสูง

• ความรุนแรงของความปั่นป่วนโดยทั่วไปจะเพิ่มขึ้นตามความเร็ว
• บริเวณปลายใบพัด หัวฉีดระบาย พื้นที่ที่มีความปั่นป่วนสูง
• สร้างแรงสูงและการสึกหรอเฉพาะที่

ผลกระทบต่อเครื่องจักร

การสร้างแรงสั่นสะเทือน

• การสั่นสะเทือนบรอดแบนด์: ความปั่นป่วนสร้างแรงสุ่มในช่วงความถี่กว้าง
• สเปกตรัม: พื้นเสียงที่สูงขึ้นแทนที่จะเป็นจุดสูงสุดแบบแยกกัน
• แอมพลิจูด: เพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของความปั่นป่วน
• ช่วงความถี่: โดยทั่วไป 10-500 เฮิรตซ์ สำหรับการสั่นสะเทือนที่เกิดจากความปั่นป่วน

การเกิดเสียงรบกวน

• ความปั่นป่วนเป็นแหล่งกำเนิดหลักของเสียงรบกวนทางอากาศพลศาสตร์
• เสียง "วูบวาบ" หรือ "พุ่ง" บรอดแบนด์
• ระดับเสียงที่แปรผันตามความเร็ว^6 (ไวต่อความเร็วมาก)
• สามารถเป็นแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนหลักในพัดลมความเร็วสูงได้

การสูญเสียประสิทธิภาพ

• แรงเสียดทานปั่นป่วนทำให้พลังงานลดลง
• ลดการเพิ่มขึ้นของแรงดันและการส่งมอบการไหล
• การสูญเสียความปั่นป่วนโดยทั่วไป: 2-10% ของกำลังไฟฟ้าเข้า
• เพิ่มขึ้นด้วยการทำงานนอกการออกแบบ

Component Fatigue

• แรงที่ผันผวนแบบสุ่มสร้างความเครียดแบบวนซ้ำ
• การปั่นจักรยานความเครียดความถี่สูง
• มีส่วนช่วยในเรื่องใบมีดและโครงสร้าง ความเหนื่อยล้า
• โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่น่ากังวลที่ความเร็วสูง

การกัดเซาะและการสึกหรอ

• ความปั่นป่วนทำให้การกัดกร่อนในงานขัดถูเพิ่มมากขึ้น
• อนุภาคที่แขวนลอยโดยพื้นผิวการกระทบจากความปั่นป่วน
• การสึกหรอที่เร่งขึ้นในบริเวณที่มีความปั่นป่วนสูง

การตรวจจับและการวินิจฉัย

ตัวบ่งชี้สเปกตรัมการสั่นสะเทือน

• บรอดแบนด์ความเร็วสูง: พื้นเสียงรบกวนสูงทั่วทั้งสเปกตรัม
• การขาดจุดสูงสุดแบบแยกจากกัน: ต่างจากความผิดพลาดทางกลที่มีความถี่เฉพาะ
• ขึ้นอยู่กับการไหล: ระดับบรอดแบนด์จะแตกต่างกันไปตามอัตราการไหล
• ขั้นต่ำที่ BEP: ความปั่นป่วนต่ำสุดที่จุดออกแบบ

การวิเคราะห์เสียง

• การวัดระดับความดันเสียง
• การเพิ่มขึ้นของสัญญาณรบกวนบรอดแบนด์บ่งชี้ถึงความปั่นป่วน
• สเปกตรัมเสียงคล้ายกับสเปกตรัมการสั่นสะเทือน
• ไมโครโฟนแบบทิศทางสามารถระบุตำแหน่งแหล่งกำเนิดความปั่นป่วนได้

การแสดงภาพการไหล

• พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) ในระหว่างการออกแบบ
• ลำแสงหรือการแสดงภาพควันในการทดสอบ
• การวัดความดันแสดงความผันผวน
• การวัดความเร็วของภาพอนุภาค (PIV) ในการวิจัย

กลยุทธ์การบรรเทาผลกระทบ

การปรับปรุงการออกแบบทางเข้า

• จัดให้มีท่อตรงความยาวเพียงพอที่ต้นน้ำ (เส้นผ่านศูนย์กลางขั้นต่ำ 5-10)
• กำจัดทางโค้งแหลมทันทีก่อนทางเข้า
• ใช้เครื่องยืดการไหลหรือใบพัดหมุน
• ช่องทางเข้าแบบปากระฆังหรือแบบเพรียวลมช่วยลดการเกิดความปั่นป่วน

การเพิ่มประสิทธิภาพจุดปฏิบัติการ

• ดำเนินการใกล้จุดประสิทธิภาพสูงสุด (BEP)
• มุมการไหลตรงกับมุมใบมีด ลดการแยกตัว
• การก่อให้เกิดความปั่นป่วนขั้นต่ำ
• การควบคุมความเร็วแบบแปรผันเพื่อรักษาจุดที่เหมาะสมที่สุด

การปรับเปลี่ยนการออกแบบ

• การเปลี่ยนผ่านที่ราบรื่นในช่องทางการไหล (ไม่มีมุมแหลม)
• เครื่องกระจายตัวเพื่อลดการไหลลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป
• อุปกรณ์ระงับกระแสน้ำวนหรืออุปกรณ์ป้องกันการหมุนวน
• แผ่นซับเสียงเพื่อดูดซับเสียงที่เกิดจากความปั่นป่วน

ความปั่นป่วนเทียบกับปรากฏการณ์การไหลอื่นๆ

ความปั่นป่วน vs. การเกิดโพรงอากาศ

• ความปั่นป่วน: บรอดแบนด์ ต่อเนื่อง ขึ้นอยู่กับการไหล
• การเกิดโพรงอากาศ: แรงกระตุ้น ความถี่สูง ขึ้นอยู่กับ NPSH
• ทั้งคู่: สามารถอยู่ร่วมกันได้ทั้งสองอย่าง ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนแบบบรอดแบนด์

ความปั่นป่วนกับการหมุนเวียน

• ความปั่นป่วน: สุ่ม บรอดแบนด์ มีอยู่ในทุกโฟลว์
• การหมุนเวียน: ความไม่เสถียรที่จัดระเบียบ การเต้นเป็นจังหวะความถี่ต่ำ เฉพาะที่อัตราการไหลต่ำเท่านั้น
• ความสัมพันธ์: โซนหมุนเวียนมีความปั่นป่วนสูง

ความปั่นป่วนของการไหลเป็นลักษณะเฉพาะของการไหลของของไหลความเร็วสูงในเครื่องจักรที่กำลังหมุน แม้ว่าจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่ความรุนแรงและผลกระทบสามารถลดลงได้ด้วยการออกแบบทางเข้าที่เหมาะสม การทำงานใกล้จุดออกแบบ และการปรับอัตราการไหลให้เหมาะสม การทำความเข้าใจความปั่นป่วนในฐานะแหล่งที่มาของการสั่นสะเทือนและสัญญาณรบกวนแบบบรอดแบนด์ ช่วยให้สามารถแยกแยะความแตกต่างจากข้อบกพร่องทางกลความถี่ไม่ต่อเนื่อง และแนะนำแนวทางการแก้ไขที่เหมาะสมโดยมุ่งเน้นที่สภาพการไหลมากกว่าการซ่อมแซมเชิงกล.

---

← กลับสู่ดัชนีหลัก