Pompalardaki Hidrolik Kuvvetleri Anlamak
Hidrolik kuvvetler akan bir sıvının pompa bileşenlerine uyguladığı kuvvetlerdir: çark kanatları üzerindeki basınç kaynaklı yükler, çark boyunca basınç farkından kaynaklanan eksenel itme, asimetrik basınç dağılımından kaynaklanan radyal kuvvetler ve akış türbülansı ve vane-volüt etkileşimi. Bu etkileşimler, aşağıdakiler tarafından üretilen mekanik kuvvetlerden temelde farklıdır dengesizlik veya yanlış hizalama, Çünkü bunlar dönen kütleden ziyade akışkan basıncından ve momentumdaki değişikliklerden kaynaklanır ve spektrumda kendilerini şu şekilde gösterirler kanat geçiş frekansı ve ilgili harmonikleri. Bunları anlamak pompa güvenilirliği için çok önemlidir: hidrolik kuvvetler yatak yükleri, mil sapması ve titreşim Çalışma koşullarına (akış hızı, basınç ve akışkan özellikleri) göre değişen bu özellikler, bir pompanın, kuvvetleri tamamen mekanik olan makinelerden oldukça farklı davranmasını sağlar.
1. Tanım: Hidrolik Kuvvetler Nedir?
İdeal bir pompada sıvı, çarkın ve gövdenin her parçasına eşit şekilde baskı yapar ve milin hissettiği tek kuvvet mekanik olur. Gerçek ise daha karmaşıktır. Basınç deşarjda emişten daha yüksektir, pervane çevresine eşit olmayan bir şekilde dağılır ve bir kanat gövde dilini her geçtiğinde titreşir. Bu etkilerin toplamı, rotor ve yapı üzerinde etkili olan bir dizi sabit, yavaş değişen ve hızlı atımlı yüktür. En önemlisi, bunların büyüklüğü aşağıdakilere bağlıdır pompanın kendi eğrisi üzerinde çalıştığı yerde - Bu gerçek, teşhis mühendisine güçlü bir kaldıraç sağlar, çünkü akışı değiştirmek kuvvetleri değiştirir.
2. Hidrolik Kuvvet Türleri
2.1 Eksenel itme (hidrolik itme)
Çark boyunca basınç farkından kaynaklanan net eksenel kuvvet:
- Mekanizma: Boşaltma basıncı pervanenin bir tarafına, emme basıncı ise diğer tarafına etki eder.
- Yön: genellikle emişe doğru (pervanenin arkası).
- Büyüklük: orta büyüklükteki pompalarda bile binlerce pound güce ulaşabilir.
- Etki: yükler baskı yatağı ve neden olabilir eksenel titreşim.
- Değişir: akış hızı, basınç ve pervane tasarımı.
İtme dengeleme yöntemleri
- Denge delikleri: Çark örtüsü boyunca basıncı eşitleyen delikler.
- Arka kanatlar: Arka taraftaki basıncı düşürmek için sıvıyı dışarı doğru pompalayan arka örtü üzerindeki kanatlar.
- Çift emişli çarklar: iki tarafın birbirinin itme gücünü iptal ettiği simetrik bir tasarım.
- Karşılıklı çarklar: Çarklar zıt yönlere bakacak şekilde düzenlenmiş çok kademeli pompalar.
2.2 Radyal kuvvetler
Çark etrafındaki asimetrik basınç dağılımı tarafından üretilen yanal kuvvetler:
En iyi verimlilik noktasında (BEP)
- Basınç dağılımı pervane etrafında nispeten simetriktir.
- Radyal kuvvetler dengelenir ve büyük ölçüde iptal olur.
- Net radyal kuvvet minimum düzeydedir.
- Bu en düşük titreşim durumudur.
Kapalı BEP - düşük akış
- Salyangozdaki basınç dağılımı asimetrik hale gelir.
- Volüt diline (kesme suyu) doğru net bir radyal kuvvet gelişir.
- Akış düştükçe büyüklüğü artar.
- Kapatma sırasında pervane ağırlığının 20-40%'sine ulaşabilir.
- Dönen radyal kuvvet 1× titreşim olarak ortaya çıkar.
Kapalı BEP - yüksek akış
- Farklı bir asimetri modeli gelişir.
- Radyal bir kuvvet mevcuttur ancak tipik olarak düşük akıştakinden daha küçüktür.
- Akış türbülansı, üstüne rastgele kuvvet bileşenleri ekler.
2.3 Kanat geçiş titreşimleri
Her bir kanat kesme suyunu geçerken periyodik basınç darbeleri oluşur:
- Sıklık: kanat sayısı × RPM / 60.
- Mekanizma: Dilden geçen her kanat bir basınç darbesi oluşturur.
- Kuvvetler: çark, salyangoz ve gövde üzerinde etki eder.
- Titreşim: kanat geçiş frekansında baskındır.
- Büyüklük: kesme suyu açıklığına, çalışma noktasına ve tasarıma bağlıdır.
2.4 Devridaim kuvvetleri
- Akış dengesizliklerinden kaynaklanan düşük frekanslı kararsız kuvvetler
- Çok düşük - ve bazen çok yüksek - akış hızlarında meydana gelir.
- Frekanslar tipik olarak 0.2-0.8× çalışma hızı, içinde alt-eşzamanlı bant.
- Şiddetli düşük frekanslı titreşim üretebilir.
- BEP'ten uzak bir operasyonun açık bir işareti - bkz. devridaim.
3. Pompa Performansı Üzerindeki Etkiler
Yatak yükü
- Hidrolik radyal kuvvetler rulmanlar üzerindeki mekanik yüklere eklenir.
- Değişken kuvvetler döngüsel yükleme uygular.
- Düşük akış koşullarında yükleme en ağırdır.
- Rulman seçimi hidrolik bileşeni hesaba katmalıdır.
- Rulman ömrü yük ile dik bir şekilde düşer (ömür 1/yük³ ile orantılıdır), bu nedenle mütevazı bir L10 rulman ömrü hesaplaması düşük akışlı radyal kuvvetin hizmet ömrünü ne kadar kısalttığını gösterebilir.
Şaft sapması
- Radyal kuvvetler şaftı saptırır.
- Bu, conta boşluklarını ve aşınma halkası uyumlarını değiştirir.
- Verimliliği azaltabilir.
- Aşırı durumlarda bir ovmak.
Titreşim üretimi
- 1× bileşen: sabit veya yavaş değişen radyal kuvvetten kaynaklanır.
- VPF bileşeni: basınç titreşimlerinden.
- Düşük frekanslı: sirkülasyon ve diğer kararsızlıklardan.
- İşletim noktası bağımlı: tüm resim akış hızı ile değişir.
Mekanik gerilim
- Döngüsel kuvvetler empoze eder tükenmişlik Yükleniyor.
- Pervane kanatları basınç farklarından dolayı gerilir.
- Şaft bükülme momentlerinden dolayı yorulur.
- Gövde basınç titreşimleri nedeniyle gerilir.
4. Hidrolik Kuvvetlerin En Aza İndirilmesi
BEP yakınında faaliyet gösterin
- Hidrolik kuvvetleri en aza indirmek için tek ve en etkili strateji.
- Mümkün olduğunca BEP akışının 80-110%'si dahilinde çalışmayı hedefleyin.
- Radyal kuvvetler BEP'de minimum seviyededir.
- Titreşim ve yatak yükleri birlikte en aza indirilir.
Tasarım özellikleri
- Difüzör pompaları: tek bir salyangoza göre daha simetrik bir basınç dağılımı sağlar.
- Çift volütlü: Radyal kuvvetleri dengeleyen 180° aralıklı iki kesme suyu.
- Artırılmış açıklıklar: Kanat geçişli basınç darbelerini azaltmak (bir miktar verimlilik pahasına).
- Vane numarası seçimi: akustik rezonanslardan kaçınmak için seçilmiştir.
Sistem tasarımı
- Temel yük pompaları için minimum akış devridaim koruması sağlayın.
- Pompayı gerçek görev için doğru şekilde boyutlandırın ve aşırı boyutlandırmadan kaçının.
- Optimum çalışma noktasını tutmak için değişken hızlı bir tahrik kullanın.
- Girişi ön girdap ve türbülansı en aza indirecek şekilde tasarlayın.
5. Teşhis Amaçlı Kullanım
Performans eğrileri ve hidrolik kuvvetler
- Titreşimi akış hızına karşı çizin.
- Minimum titreşim tipik olarak BEP'de veya BEP'ye yakındır.
- Düşük akışta yükselen titreşim, yüksek radyal kuvvetlere işaret eder.
- Çizim, mantıklı bir çalışma aralığının tanımlanmasına yardımcı olur.
VPF analizi
- VPF genliği hidrolik titreşimin şiddetini gösterir.
- Yükselen bir VPF, açıklıkların azaldığını veya çalışma noktasında bir kayma olduğunu gösterir.
- VPF harmonikler çalkantılı, bozuk akışa işaret ediyor.
Bu hidrolik imzaları tamamen mekanik olanlardan ayırmak, pompa teşhisinin en önemli noktasıdır ve taşınabilir bir analizörün sahada değerini kanıtladığı yerdir. Bu Denge-1a yakalar titreşim spektrumu ve 1×, VPF ve düşük frekanslı bileşenleri çözer, böylece bir mühendis yüksek bir okumanın aşağıdakileri gerektirip gerektirmediğine karar verebilir alan dengeleme (mekanik bir tedavi) veya çalışma noktası değişikliği (hidrolik bir tedavi) - ve teşhisin balanssızlığa işaret ettiği durumlarda, rotoru balanslayın ve sonucu yerinde doğrulayın.
6. Ölçümle İlgili Hususlar
Titreşim ölçüm yerleri
- Yatak yuvaları: kombine mekanik ve hidrolik kuvvetleri tespit eder.
- Pompa gövdesi: hidrolik titreşimlere karşı daha hassastır.
- Emme ve tahliye boruları: iletilen basınç titreşimlerini taşır.
- Birden fazla yerde: bunları karşılaştırmak hidrolik ve mekanik kaynakları ayırt etmeye yardımcı olur.
Basınç-pulsasyon ölçümü
- Emme ve boşaltmaya basınç transdüserleri takın.
- Bunlar hidrolik titreşimleri doğrudan ölçer.
- Titreşim verilerini titreşim ile ilişkilendirin.
- Akustik rezonansları tanımlamak için kombinasyonu kullanın.
Hidrolik kuvvetler, bir pompanın çalışma şekli için temeldir ve titreşim ve yüklemenin ana kaynağıdır. Bu kuvvetlerin çalışma koşullarına göre nasıl değiştiğini anlamak, titreşim spektrumundaki imzalarını tanımak ve kuvvetleri düşük tutmak için pompaları tasarlamak ve çalıştırmak - özellikle BEP yakınında çalıştırarak - endüstriyel hizmette güvenilir, uzun ömürlü pompa performansı elde etmek için çok önemlidir. Bu kuvvetlerin yol açtığı arızalar hakkında daha ayrıntılı bilgi için bkz. santrifüj pompa kusurları ve pervane kusurları.
