Hiểu về nhiễu loạn dòng chảy

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

Bộ dụng cụ cân bằng và chẩn đoán rung động hoàn chỉnh từ Vibromera, bao gồm bốn cảm biến rung động có dây cáp, mô-đun giao diện tín hiệu, máy đo tốc độ laser có chân đế từ tính, cân kỹ thuật số, cáp USB và hộp đựng. Hệ thống được thiết kế để cân bằng rô-to tại hiện trường và theo dõi tình trạng trên thiết bị công nghiệp.

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

Định nghĩa: Dòng chảy nhiễu loạn là gì?

Dòng chảy hỗn loạn là chuyển động hỗn loạn, không đều của chất lỏng, đặc trưng bởi sự dao động vận tốc ngẫu nhiên, các dòng xoáy và xoáy nước trong máy bơm, quạt, máy nén và hệ thống đường ống. Không giống như dòng chảy tầng trơn tru, nơi các hạt chất lỏng di chuyển theo các đường song song có trật tự, dòng chảy rối thể hiện chuyển động ba chiều ngẫu nhiên với vận tốc và áp suất thay đổi liên tục. Trong máy móc quay, dòng chảy rối tạo ra lực không ổn định lên cánh quạt và cánh, tạo ra băng thông rộng rung động, tiếng ồn, tổn thất năng lượng và góp phần gây mỏi linh kiện.

Trong khi một số nhiễu loạn là không thể tránh khỏi và thậm chí là mong muốn trong nhiều ứng dụng (dòng chảy nhiễu loạn cung cấp khả năng trộn và truyền nhiệt tốt hơn), nhiễu loạn quá mức từ điều kiện đầu vào kém, hoạt động không đúng thiết kế hoặc tách dòng chảy tạo ra các vấn đề về rung động, làm giảm hiệu quả và tăng tốc độ mài mòn cơ học ở máy bơm và quạt.

Đặc điểm của dòng chảy hỗn loạn

Chuyển đổi chế độ dòng chảy

Dòng chảy chuyển đổi từ tầng sang hỗn loạn dựa trên số Reynolds:

Số Reynolds (Re): Re = (ρ × V × D) / µ
Trong đó ρ = mật độ, V = vận tốc, D = kích thước đặc trưng, µ = độ nhớt
Dòng chảy tầng: Nốt Rê < 2300 (mượt mà, có thứ tự)
Chuyển tiếp: Re 2300-4000
Dòng chảy hỗn loạn: Re > 4000 (hỗn loạn, không đều)
Máy móc công nghiệp: Hầu như luôn hoạt động trong chế độ hỗn loạn

Đặc điểm nhiễu loạn

Biến động vận tốc ngẫu nhiên: Vận tốc tức thời thay đổi hỗn loạn quanh giá trị trung bình
Các xoáy và xoáy nước: Cấu trúc xoáy có nhiều kích cỡ khác nhau
Chuỗi năng lượng: Các dòng xoáy lớn phân chia thành các dòng xoáy nhỏ dần
Trộn: Sự trộn lẫn nhanh chóng của động lượng, nhiệt và khối lượng
Sự tiêu tán năng lượng: Ma sát hỗn loạn chuyển đổi động năng thành nhiệt

Nguồn nhiễu loạn trong máy móc

Sự nhiễu loạn đầu vào

Thiết kế đầu vào kém: Đường cong gấp, chướng ngại vật, chiều dài đường thẳng không đủ
Xoáy: Quay trước chất lỏng đi vào cánh quạt/quạt
Vận tốc không đồng đều: Hồ sơ vận tốc bị bóp méo so với lý tưởng
Tác dụng: Tăng cường độ nhiễu loạn, độ rung tăng cao, hiệu suất giảm

Tách dòng chảy

Độ dốc áp suất bất lợi: Dòng chảy tách khỏi bề mặt
Hoạt động ngoài thiết kế: Góc dòng chảy không đúng gây ra hiện tượng tách rời trên các cánh quạt
Quầy hàng: Tách biệt rộng rãi ở phía hút lưỡi dao
Kết quả: Cường độ nhiễu loạn rất cao, lực hỗn loạn

Vùng Wake

Dòng nước xoáy ở hạ lưu của cánh quạt, thanh chống hoặc vật cản
Cường độ nhiễu động cao trong luồng gió xoáy
Các thành phần hạ lưu chịu tác động của lực không ổn định
Tương tác lưỡi dao-thức dậy quan trọng trong máy nhiều tầng

Vùng tốc độ cao

Cường độ nhiễu loạn thường tăng theo vận tốc
Các vùng đầu cánh quạt, vòi phun xả, khu vực có độ nhiễu loạn cao
Tạo ra lực cao cục bộ và mài mòn

Tác động đến máy móc

Tạo rung động

Rung động băng thông rộng: Sự nhiễu loạn tạo ra các lực ngẫu nhiên trên phạm vi tần số rộng
Phổ: Sàn nhiễu cao hơn thay vì các đỉnh rời rạc
Biên độ: Tăng theo cường độ nhiễu loạn
Dải tần số: Thông thường là 10-500 Hz đối với rung động do nhiễu loạn gây ra

Tạo ra tiếng ồn

Sự nhiễu loạn là nguồn chính gây ra tiếng ồn khí động học
Âm thanh "vù vù" hoặc "vù vù" của băng thông rộng
Mức độ tiếng ồn tỷ lệ thuận với vận tốc^6 (rất nhạy cảm với vận tốc)
Có thể là nguồn gây tiếng ồn chủ yếu ở quạt tốc độ cao

Mất hiệu quả

Ma sát hỗn loạn làm tiêu tán năng lượng
Giảm áp suất tăng và lưu lượng cung cấp
Tổn thất nhiễu loạn điển hình: 2-10% công suất đầu vào
Tăng lên khi vận hành ngoài thiết kế

Component Fatigue

Lực dao động ngẫu nhiên tạo ra ứng suất tuần hoàn
Chu kỳ ứng suất tần số cao
Góp phần vào lưỡi dao và cấu trúc Mệt mỏi
Đặc biệt đáng lo ngại ở vận tốc cao

Xói mòn và mài mòn

Sự nhiễu loạn làm tăng sự xói mòn trong dịch vụ mài mòn
Các hạt lơ lửng do bề mặt va chạm nhiễu loạn
Sự mài mòn tăng tốc ở các vùng có độ nhiễu động cao

Phát hiện và chẩn đoán

Chỉ báo phổ rung động

Băng thông rộng nâng cao: Độ nhiễu sàn cao trên toàn phổ
Thiếu các đỉnh rời rạc: Không giống như lỗi cơ học có tần số cụ thể
Phụ thuộc vào lưu lượng: Mức độ băng thông rộng thay đổi theo lưu lượng
Tối thiểu tại BEP: Độ nhiễu loạn thấp nhất tại điểm thiết kế

Phân tích âm thanh

Đo mức áp suất âm thanh
Tiếng ồn băng thông rộng tăng lên cho thấy sự nhiễu loạn
Phổ âm thanh tương tự như phổ rung động
Micrô định hướng có thể xác định vị trí các nguồn nhiễu loạn

Hình dung luồng

Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) trong quá trình thiết kế
Dòng chảy hoặc hình ảnh khói trong thử nghiệm
Các phép đo áp suất cho thấy sự biến động
Đo tốc độ hình ảnh hạt (PIV) trong nghiên cứu

Chiến lược giảm thiểu

Cải tiến thiết kế cửa vào

Cung cấp chiều dài ống thẳng thích hợp ở thượng nguồn (tối thiểu 5-10 đường kính)
Loại bỏ các khúc cua gấp ngay trước khi vào
Sử dụng máy nắn dòng chảy hoặc cánh quay
Cửa vào hình chuông hoặc dạng ống có thiết kế hợp lý giúp giảm thiểu sự tạo ra nhiễu loạn

Tối ưu hóa điểm vận hành

Hoạt động gần điểm hiệu quả tốt nhất (BEP)
Góc dòng chảy phù hợp với góc cánh quạt, giảm thiểu sự tách biệt
Tạo ra nhiễu loạn tối thiểu
Kiểm soát tốc độ thay đổi để duy trì điểm tối ưu

Sửa đổi thiết kế

Chuyển đổi mượt mà trong các đường dẫn dòng chảy (không có góc nhọn)
Bộ khuếch tán để làm chậm dòng chảy dần dần
Thiết bị chống xoáy hoặc thiết bị chống xoáy
Lớp lót cách âm để hấp thụ tiếng ồn do nhiễu loạn tạo ra

Hiện tượng nhiễu loạn so với các hiện tượng dòng chảy khác

Sự nhiễu loạn so với sự xâm thực

Sự nhiễu loạn: Băng thông rộng, liên tục, phụ thuộc vào lưu lượng
Hiện tượng sủi bọt: Xung động, tần số cao hơn, phụ thuộc NPSH
Cả hai: Có thể cùng tồn tại, cả hai đều tạo ra rung động băng thông rộng

Sự nhiễu loạn so với sự tuần hoàn

Sự nhiễu loạn: Ngẫu nhiên, băng thông rộng, có mặt ở tất cả các luồng
Tuần hoàn: Sự bất ổn có tổ chức, xung động tần số thấp, chỉ ở lưu lượng thấp
Mối quan hệ: Các vùng tuần hoàn có độ nhiễu loạn cao

Nhiễu loạn dòng chảy là một đặc tính vốn có của dòng chảy chất lỏng tốc độ cao trong máy móc quay. Mặc dù không thể tránh khỏi, cường độ và ảnh hưởng của nó có thể được giảm thiểu thông qua thiết kế cửa nạp phù hợp, vận hành gần điểm thiết kế và tối ưu hóa dòng chảy. Việc hiểu nhiễu loạn là nguồn gốc của rung động và tiếng ồn băng thông rộng cho phép phân biệt với các lỗi cơ học tần số rời rạc và hướng dẫn các hành động khắc phục phù hợp, tập trung vào điều kiện dòng chảy hơn là sửa chữa cơ học.

← Quay lại Mục lục chính

Dòng chảy nhiễu loạn là gì? Rung động dòng chảy không ổn định

Được xuất bản bởi admin trên Tháng 10 31, 2025 Tháng 10 31, 2025