ทำความเข้าใจแรงไฮดรอลิกในปั๊ม

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: แรงไฮดรอลิกคืออะไร?

แรงไฮดรอลิก คือแรงที่ของเหลวที่ไหลกระทำต่อส่วนประกอบของปั๊ม ซึ่งรวมถึงแรงที่เกิดจากแรงดันบนใบพัด แรงขับตามแนวแกนจากความแตกต่างของแรงดัน แรงในแนวรัศมีจากการกระจายแรงดันแบบไม่สมมาตร และแรงสั่นจากการปั่นป่วนของการไหลและปฏิสัมพันธ์ระหว่างใบพัดกับวอลูท แรงเหล่านี้แตกต่างจากแรงทางกล (จาก ความไม่สมดุล, การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง) ซึ่งเกิดจากแรงดันของไหลและการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัม ทำให้เกิด การสั่นสะเทือน ส่วนประกอบที่ ความถี่ผ่านของใบพัด และฮาร์โมนิกส์ที่เกี่ยวข้อง.

การทำความเข้าใจแรงไฮดรอลิกถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความน่าเชื่อถือของปั๊ม เนื่องจากแรงเหล่านี้จะสร้างภาระการรับน้ำหนัก การโก่งตัวของเพลา และการสั่นสะเทือนที่เปลี่ยนแปลงไปตามสภาวะการทำงาน (อัตราการไหล แรงดัน คุณสมบัติของของไหล) ซึ่งทำให้พฤติกรรมของปั๊มแตกต่างจากเครื่องจักรหมุนอื่นๆ ที่แรงส่วนใหญ่เป็นเชิงกล.

ประเภทของแรงไฮดรอลิก

1. แรงขับตามแนวแกน (แรงขับไฮดรอลิก)

แรงแกนสุทธิจากความแตกต่างของแรงดันข้ามใบพัด:

• กลไก: แรงดันระบายออกด้านหนึ่ง แรงดันดูดอีกด้านหนึ่งของใบพัด
• ทิศทาง: โดยทั่วไปจะหันไปทางดูด (ด้านหลังของใบพัด)
• ขนาด: อาจมีน้ำหนักหลายพันปอนด์แม้ใช้ปั๊มปานกลาง
• ผล: โหลดแรงขับของลูกปืนอาจทำให้เกิด การสั่นสะเทือนตามแนวแกน
• แตกต่างกันไปตาม: อัตราการไหล แรงดัน การออกแบบใบพัด

วิธีการปรับสมดุลแรงขับ

• หลุมสมดุล: รูในฝาครอบใบพัดช่วยปรับแรงดันให้เท่ากัน
• ครีบหลัง: ใบพัดด้านหลังสูบของเหลวเพื่อลดแรงดัน
• ใบพัดดูดคู่: การออกแบบสมมาตรที่ช่วยลดแรงขับ
• ใบพัดตรงข้าม: ปั๊มหลายขั้นตอนที่มีใบพัดหันไปในทิศทางตรงกันข้าม

2. แรงรัศมี

แรงด้านข้างจากการกระจายแรงกดที่ไม่สมมาตร:

ที่จุดประสิทธิภาพที่ดีที่สุด (BEP)

• การกระจายแรงดันค่อนข้างสมมาตรรอบใบพัด
• แรงรัศมีสมดุลและหักล้าง
• แรงรัศมีสุทธิขั้นต่ำ
• สภาวะการสั่นสะเทือนต่ำสุด

ปิด BEP (การไหลต่ำ)

• การกระจายแรงดันแบบไม่สมมาตรในขดลวด
• แรงรัศมีสุทธิไปทางลิ้นก้นหอย
• ขนาดของแรงจะเพิ่มขึ้นเมื่อการไหลลดลง
• สามารถเป็น 20-40% ของน้ำหนักใบพัดเมื่อปิดเครื่อง
• สร้างแรงสั่นสะเทือน 1 เท่าจากแรงรัศมีหมุน

ปิด BEP (กระแสสูง)

• รูปแบบความไม่สมมาตรที่แตกต่างกัน
• แรงรัศมีมีอยู่แต่โดยทั่วไปจะน้อยกว่าที่อัตราการไหลต่ำ
• ความปั่นป่วนของการไหลเพิ่มองค์ประกอบของแรงแบบสุ่ม

3. การเต้นของชีพจรผ่านใบพัด

แรงดันพัลส์เป็นระยะเมื่อใบพัดผ่านน้ำตัด:

• ความถี่: จำนวนใบพัด × รอบต่อนาที / 60
• กลไก: ใบพัดแต่ละใบที่ผ่านจะสร้างพัลส์แรงดัน
• กองกำลัง: ทำหน้าที่เกี่ยวกับใบพัด ใบพัดแบบก้นหอย และตัวเรือน
• การสั่นสะเทือน: โดดเด่นที่ความถี่ผ่านใบพัด
• ขนาด: ขึ้นอยู่กับระยะห่าง จุดใช้งาน และการออกแบบ

4. แรงหมุนเวียน

• แรงไม่คงที่ความถี่ต่ำจากความไม่เสถียรของการไหล
• เกิดขึ้นที่อัตราการไหลต่ำมากหรือสูงมาก
• ความถี่โดยทั่วไปคือ 0.2-0.8 เท่าของความเร็วในการทำงาน
• สามารถสร้างการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำที่รุนแรงได้
• ระบุการทำงานที่ไกลจาก BEP

ผลกระทบต่อประสิทธิภาพของปั๊ม

การรับน้ำหนักของตลับลูกปืน

• แรงรัศมีไฮดรอลิกเพิ่มภาระทางกล
• แรงที่เปลี่ยนแปลงทำให้เกิดการโหลดแบบวนซ้ำ
• โหลดสูงสุดที่สภาวะการไหลต่ำ
• การเลือกตลับลูกปืนต้องคำนึงถึงภาระไฮดรอลิก
• อายุการใช้งานของตลับลูกปืนลดลงเนื่องจากแรงไฮดรอลิก (อายุการใช้งาน ∝ 1/โหลด³)

การโก่งตัวของเพลา

• แรงรัศมีเบี่ยงเบนเพลา
• เปลี่ยนระยะห่างของซีลและแหวนสึกหรอ
• สามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพได้
• กรณีรุนแรงอาจทำให้เกิดการเสียดสี

การสร้างแรงสั่นสะเทือน

• 1× ส่วนประกอบ: จากแรงรัศมีคงที่หรือเปลี่ยนแปลงช้าๆ
• ส่วนประกอบ VPF: จากการเต้นของแรงดัน
• ความถี่ต่ำ: จากการหมุนเวียนและความไม่เสถียร
• ขึ้นอยู่กับจุดปฏิบัติการ: การสั่นสะเทือนจะแตกต่างกันไปตามอัตราการไหล

ความเครียดเชิงกล

• แรงแบบวงจรสร้างภาระความเมื่อยล้า
• ใบพัดรับแรงจากความแตกต่างของแรงดัน
• เพลาล้าจากโมเมนต์ดัด
• แรงอัดของปลอกจากแรงกดที่สั่น

การลดแรงไฮดรอลิก

ดำเนินการใกล้ BEP

• กลยุทธ์ที่มีประสิทธิผลสูงสุดในการลดแรงไฮดรอลิก
• ดำเนินการภายใน 80-110% ของการไหล BEP เมื่อเป็นไปได้
• แรงรัศมีต่ำสุดที่ BEP
• การสั่นสะเทือนและการรับน้ำหนักลดลง

คุณสมบัติการออกแบบ

• ปั๊มกระจาย: การกระจายแรงดันแบบสมมาตรมากกว่าแบบวอลูท
• ดับเบิลวอลูท: น้ำตัดสองแห่งที่ห่างกัน 180° ทำให้เกิดแรงรัศมีสมดุล
• เพิ่มการกวาดล้าง: ลดการสั่นของแรงดันที่ผ่านใบพัด (แต่ประสิทธิภาพลดลง)
• การเลือกหมายเลขใบพัด: เพิ่มประสิทธิภาพเพื่อหลีกเลี่ยงเสียงสะท้อนจากเสียง

การออกแบบระบบ

• การหมุนเวียนการไหลขั้นต่ำสำหรับปั๊มฐานโหลด
• ปั๊มที่มีขนาดเหมาะสมกับการใช้งานจริง (หลีกเลี่ยงการใช้ขนาดที่มากเกินไป)
• ระบบขับเคลื่อนความเร็วแปรผันเพื่อรักษาจุดการทำงานที่เหมาะสมที่สุด
• การออกแบบทางเข้าเพื่อลดการเกิดการหมุนวนล่วงหน้าและความปั่นป่วน

การใช้เพื่อการวินิจฉัย

กราฟประสิทธิภาพและแรงไฮดรอลิก

• พล็อตการสั่นสะเทือนเทียบกับอัตราการไหล
• การสั่นสะเทือนขั้นต่ำโดยทั่วไปอยู่ที่หรือใกล้กับ BEP
• การสั่นสะเทือนที่เพิ่มขึ้นที่อัตราการไหลต่ำบ่งชี้ถึงแรงรัศมีสูง
• การเลือกช่วงการทำงานของไกด์

การวิเคราะห์ VPF

• แอมพลิจูด VPF บ่งชี้ความรุนแรงของการเต้นของไฮดรอลิก
• การเพิ่มขึ้นของ VPF บ่งชี้ถึงการเสื่อมสภาพของการกวาดล้างหรือการเลื่อนจุดปฏิบัติการ
• ฮาร์มอนิก VPF บ่งชี้การไหลแบบปั่นป่วนและรบกวน

ข้อควรพิจารณาในการวัด

ตำแหน่งการวัดการสั่นสะเทือน

• ตลับลูกปืน: ตรวจจับแรงทางกลและไฮดรอลิกโดยรวม
• ตัวเรือนปั๊ม: ไวต่อการสั่นของไฮดรอลิกมากขึ้น
• ท่อดูดและระบาย: การส่งผ่านคลื่นความดัน
• หลายสถานที่: แยกแยะแหล่งไฮดรอลิกจากแหล่งกลไก

การวัดการเต้นของแรงดัน

• ตัวแปลงสัญญาณแรงดันในการดูดและการปล่อย
• วัดการเต้นของชีพจรไฮดรอลิกโดยตรง
• สัมพันธ์กับการสั่นสะเทือน
• ระบุเสียงสะท้อนของเสียง

แรงไฮดรอลิกเป็นปัจจัยพื้นฐานในการทำงานของปั๊ม และเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและแรงกดของปั๊ม การทำความเข้าใจว่าแรงเหล่านี้แปรผันตามสภาวะการทำงานอย่างไร การรับรู้ลักษณะเฉพาะของแรงเหล่านี้ในสเปกตรัมการสั่นสะเทือน และการออกแบบ/การใช้งานปั๊มเพื่อลดแรงไฮดรอลิกให้น้อยที่สุดผ่านการทำงานแบบใกล้จุด BEP ถือเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งต่อการบรรลุประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้และอายุการใช้งานยาวนานของปั๊มในงานอุตสาหกรรม.

---

← กลับสู่ดัชนีหลัก