Що таке гідравлічні сили? Джерела вібрації насосів • Портативний балансувальник, аналізатор вібрації "Balanset" для динамічного балансування дробарок, вентиляторів, мульчерів, шнеків комбайнів, валів, центрифуг, турбін та багатьох інших роторів Що таке гідравлічні сили? Джерела вібрації насосів • Портативний балансувальник, аналізатор вібрації "Balanset" для динамічного балансування дробарок, вентиляторів, мульчерів, шнеків комбайнів, валів, центрифуг, турбін та багатьох інших роторів

Що таке гідравлічні сили? Джерела вібрації насоса

Опубліковано admin на

Розуміння гідравлічних сил у насосах

Визначення: Що таке гідравлічні сили?

Гідравлічні сили – це сили, що діють на компоненти насоса рідиною, що протікає, включаючи навантаження, викликані тиском, на лопаті робочого колеса, осьову тягу від перепадів тиску, радіальні сили від асиметричного розподілу тиску та пульсуючі сили від турбулентності потоку та взаємодії лопаті та спіралі. Ці сили відрізняються від механічних сил (від дисбаланс, невідповідність) тим, що вони виникають внаслідок змін тиску рідини та імпульсу, створюючи вібрація компоненти на частота проходження лопатки та пов'язані з ними гармоніки.

Розуміння гідравлічних сил є важливим для надійності насоса, оскільки ці сили створюють навантаження на підшипники, прогин вала та вібрацію, які змінюються залежно від умов експлуатації (швидкість потоку, тиск, властивості рідини), що відрізняє поведінку насоса від інших обертових машин, де сили є переважно механічними.

Типи гідравлічних сил

1. Осьова тяга (гідравлічна тяга)

Результуюча осьова сила від перепаду тиску на робочому колесі:

  • Механізм: Тиск нагнітання з одного боку, тиск всмоктування з іншого боку робочого колеса
  • Напрямок: Зазвичай у напрямку всмоктування (задня частина робочого колеса)
  • Величина: Може важити тисячі фунтів навіть у помірних насосах
  • Ефект: Навантаження опорного підшипника можуть спричинити осьова вібрація
  • Змінюється залежно від: Швидкість потоку, тиск, конструкція робочого колеса

Методи балансування тяги

  • Балансувальні отвори: Отвори в кожусі робочого колеса вирівнюють тиск
  • Задні лопаті: Лопаті на задній стороні перекачують рідину для зниження тиску
  • Робочі колеса подвійного всмоктування: Симетрична конструкція, що скасовує тягу
  • Протилежні робочі колеса: Багатоступінчасті насоси з робочими колесами, спрямованими в протилежні сторони

2. Радіальні сили

Бічні сили від асиметричного розподілу тиску:

У точці найкращої ефективності (BEP)

  • Розподіл тиску відносно симетричний навколо робочого колеса
  • Радіальні сили збалансовані та компенсуються
  • Мінімальна чиста радіальна сила
  • Найнижчий рівень вібрації

Вимкнено BEP (низький потік)

  • Асиметричний розподіл тиску в спіралі
  • Чиста радіальна сила, спрямована до спірального язичка
  • Величина сили збільшується зі зменшенням потоку
  • Вага робочого колеса може становити 20-40% при відключенні
  • Створює 1× вібрацію від обертової радіальної сили

Вимкнено BEP (високий потік)

  • Різний асиметричний візерунок
  • Радіальна сила присутня, але зазвичай менша, ніж при низькому потоці
  • Турбулентність потоку додає випадкові компоненти сили

3. Пульсації проходження лопатей

Періодичні пульсації тиску, коли лопаті проходять повз водоріз:

  • Частота: Кількість лопаток × Об/хв / 60
  • Механізм: Кожен прохід лопаті створює імпульс тиску
  • Сили: Вплив на робоче колесо, спіральну трубу та корпус
  • Вібрація: Домінує на частоті проходження лопаті
  • Величина: Залежить від зазору, робочої точки, конструкції

4. Сили рециркуляції

  • Низькочастотні нестаціонарні сили, що виникають внаслідок нестабільностей потоку
  • Виникають при дуже низьких або дуже високих швидкостях потоку
  • Частоти зазвичай 0,2-0,8× швидкість бігу
  • Може створювати сильну низькочастотну вібрацію
  • Вказує на роботу далеко від BEP

Вплив на продуктивність насоса

Навантаження підшипника

  • Гідравлічні радіальні сили додають механічні навантаження
  • Змінні сили створюють циклічне навантаження
  • Максимальне навантаження за умов низької витрати
  • Вибір підшипника повинен враховувати гідравлічні навантаження
  • Термін служби підшипника, зменшений під дією гідравлічних сил (термін служби ∝ 1/Навантаження³)

Прогин вала

  • Радіальні сили відхиляють вал
  • Змінює зазори ущільнень та зносостійкі кільця
  • Може впливати на ефективність
  • Екстремальні випадки призводять до натирання

Генерація вібрації

  • 1× Компонент: Від постійної або повільно змінної радіальної сили
  • Компонент VPF: Від пульсацій тиску
  • Низькочастотний: Від рециркуляції та нестабільності
  • Залежно від робочої точки: Вібрація змінюється залежно від швидкості потоку

Механічне напруження

  • Циклічні сили створюють втомне навантаження
  • Лопаті робочого колеса піддаються навантаженню перепадами тиску
  • Втома вала від згинальних моментів
  • Напруження в обсадній колоні від пульсацій тиску

Мінімізація гідравлічної сили

Працюйте поблизу BEP

  • Найефективніша стратегія мінімізації гідравлічних сил
  • Працюйте в межах 80-110% потоку BEP, коли це можливо
  • Мінімальні радіальні сили в точці BEP
  • Мінімізовано вібрацію та навантаження на підшипники

Особливості дизайну

  • Дифузійні насоси: Більш симетричний розподіл тиску, ніж у спіралі
  • Подвійна спіраль: Два водорізи, розташовані на 180° один від одного, врівноважують радіальні сили
  • Збільшені зазори: Зменшення пульсацій тиску, що проходять через лопаті (але зниження ефективності)
  • Вибір номера лопатей: Оптимізуйте, щоб уникнути акустичних резонансів

Проектування системи

  • Мінімальна рециркуляція потоку для базових насосів
  • Насос правильного розміру для фактичного режиму роботи (уникайте завищеного розміру)
  • Привід зі змінною швидкістю для підтримки оптимальної робочої точки
  • Конструкція впускного отвору мінімізує попереднє завихрення та турбулентність

Діагностичне використання

Криві продуктивності та гідравлічні сили

  • Зіставте графік залежності вібрації від швидкості потоку
  • Мінімальна вібрація зазвичай на рівні або поблизу BEP
  • Збільшення вібрації при низькому потоці вказує на високі радіальні сили
  • Вибір робочого діапазону напрямних

Аналіз ВПФ

  • Амплітуда VPF вказує на інтенсивність гідравлічних пульсацій
  • Збільшення VPF свідчить про погіршення зазору або зміщення робочої точки
  • Гармоніки VPF вказують на турбулентний, збурений потік

Міркування щодо вимірювання

Місця вимірювання вібрації

  • Корпуси підшипників: Виявлення загальних механічних та гідравлічних сил
  • Корпус насоса: Більш чутливий до гідравлічних пульсацій
  • Всмоктувальний та нагнітальний трубопроводи: Передача пульсацій тиску
  • Кілька місць розташування: Розрізняють гідравлічні та механічні джерела

Вимірювання пульсацій тиску

  • Датчики тиску на всмоктувальній та нагнітальній трубах
  • Безпосереднє вимірювання гідравлічних пульсацій
  • Кореляція з вібрацією
  • Визначте акустичні резонанси

Гідравлічні сили є основоположними для роботи насоса та основним джерелом вібрації та навантаження насоса. Розуміння того, як ці сили змінюються залежно від умов експлуатації, розпізнавання їхньої сигнатури в спектрах вібрацій та проектування/експлуатація насосів з метою мінімізації гідравлічних сил завдяки роботі, близькій до максимальної продуктивності (BEP), є важливими для досягнення надійної та довгострокової роботи насоса в промисловому застосуванні.

← Назад до головного індексу

Категорії:
WhatsApp