X
تبلیغات
پمپ های سانتریفیوژ - مقدمه ای بر ارتعاشات مکانیکی پمپ های سانتریفیوژ
مرجع تخصصی پمپ های سانتریفیوژ

انواع مختلف ارتعاشات، یکی از اصلی ترین مشکلات عملکردی پمپ های سانتریفیوژ می باشد. برای حل مشکلات مربوط به ارتعاشات، فهم رابطه بین پدیده هیدرولیکی و مکانیکی پمپ های سانتریفیوژ، حیاتی می باشد. اساساً سه نوع ارتعاشات را می توان مشخص کرد:

ارتعاشات آزاد Free vibrations:

این ارتعاشات وقتی اتفاق می افتد که یک سیستم جرم و فنر و میرا کننده (Damper) به وسیله یک رخداد ساده (مانند شوک) تحریک شود و پس از آن به حال خود رها شود. در این حالت، سیستم در فرکانس های طبیعی (یا به اصطلاح ایگن eigen) خود ارتعاش می کند. مقدار دامنه نوسان با افزایش مقدار میراکننده، سریعتر کاهش می یابد. ارتعاشات آزاد به عنوان مثال در زمین لرزه و یا در تست ضربه برای تعیین فرکانس های ایگن، بوجود می آید.

ارتعاشات اجباری Forced vibrations:

این ارتعاشات وقتی اتفاق می افتد که یک سیستم جرم و فنر و میرا کننده به وسیله یک نیروی تناوبی تحریک شود. در این حالت، ارتعاشات یک روتور نابالانس از طریق یاتاقان ها و پوسته، فونداسیون را تحریک می کند. پاسخ سیستم به این تحریک وابسته به نسبت فرکانس تحریک ω به فرکانس ایگن ωE و میرایی سیستم می باشد. وقتی تشدید resonance در نسبت ω/ωE = 1 اتفاق می افتد، اگر میرایی کم باشد، دامنه نوسانات می تواند بسیار بزرگ شود (دامنه تشدید).

زمان بین تحریک و پاسخ سیستم به عنوان زاویه فاز بیان می شود. با میرایی پایین و ω<< ωE سیستم بدون تأخیر زمانی تحریک می شود. وقتی سیستم به سمت تشدید می رود، زاویه فاز از زیر 90 درجه و بالای 90 درجه پرش می کند. اگر سیستم بسیار میرا باشد، دامنه نوسانات به سختی در هنگام تشدید افزایش می یابد.

یک فرکانس ایگن نه تنها به وسیله یک فرکانس تحریک بسیار نزدیک به آن باعث رزونانس (تشدید) می شود، بلکه همچنین ممکن است بوسیله مکانیزم های انتخابی باند گسترده broadband تحریک شود. برای مثال، اگر نوسانات فشار باند گسترده در محدوده 5 تا 40 هرتز در حالتی که پمپ در بار جزئی Part load کار می کند (دبی پمپ کمتر از دبی BEP است) مشاهده شود، فرکانس ایگن 25 هرتز شاسی در اسپکتروم را می توان به عنوان پیک رزونانس مشاهده نمود. حتی اگر طیف نوسان فشار در 25 هرتز پیکی نداشته باشد.

ارتعاشات خود تحریک Self-excited vibrations

این ارتعاشات وقتی اتفاق می افتد که پاسخی از یک سازه ارتعاشی به مکانیزم های تحریک وجود داشته باشد. یک روتور پمپ در حال ارتعاش، نیروهای واکنش درآببندهای حلقوی Annular seals (مانند نوار گرافیتی) ایجاد می کند. اگر جریان در آببند نیروهایی تولید کنند که مدار روتور را در جهت سرعت روتور تحریک کنند و میرایی نیز بسیار کم باشد، ارتعاش خود تحریک ایجاد می شود. روتور ناپایدار می شود و دامنه نوسانات آن تنها با اثرات غیر خطی مانند سایش در آببند حلقوی محدود می شود.

 شکل 1: نیروهای شعاعی در آببندهای حلقوی. a. اثر جریان محوری (اثر لوماکین). b. اثر جریان محیطی (اثر برنولی)

در حالی که ارتعاشات آزاد به ندرت در عملکرد پمپ مشاهده می شود، ارتعاشات اجباری و خود تحریک غالباً باعث مشکلات در پمپ ها می شود. برای ارتعاشات مذکور، می توان سر فصل های زیر را در نظر گرفت:

1-      ارتعاشات جانبی محور Lateral shaft vibrations

ارتعاشات جانبی محور به عنوان ارتعاشات اجباری در هر پمپی قابل اندازه گیری می باشد. این ارتعاشات به خاطر نابالانسی باقیمانده غیر قابل اجتنابی است که منشا مکانیکی و هیدرولیکی دارند، ارتعاشات محور بوسیله پراب هایی Probes که در مجاورت یاتاقان ها نصب می شود، اندازه گیری می شود.

2-     ارتعاشات پیچشی Torsional vibrations

ارتعاشات پیچشی روتور یک پمپ وقتی ظاهر می شود که محرکه پمپ گشتاور غیر یکنواختی Unsteady ایجاد کند. مانند موتورهای الکتریکی که از مبدل های فرکانسی تغذیه می شوند و یا پمپ هایی که محرکه آنها موتورهای رفت و برگشتی می باشند.

3-     ارتعاشات محفظه یاتاقان

این ارتعاشات به عنوان پاسخ محفظه یاتاقان به ارتعاشات جانبی محور و تغییر شکل گذرا Unsteady پوسته پمپ، ایجاد می شود. این ارتعاشات به وسیله شتاب سنج هایی Accelerometers که در جهات افقی، عمودی و محوری نصب شده اند، اندازه گیری می شود. رزنانس محفظه یاتاقان به خاطر فرکانس عبور پره به خصوص اگر طراحی محفظه یاتاقان  به اصطلاح نیمه باز باشد، متداول نیست. طراحی محفظه یاتاقان به صورت بسته استحکام بیشتری دارد، اما برخی مواقع، سطح ارتعاشات را بالا می برد.

4-     ارتعاشات سیستم پمپ و شاسی

این ارتعاشات بوسیله ارتعاشات روتور و نوسانات فشار ایجاد و به فونداسیون منتقل می شود.  شاسی ها به عنوان یک سازه پیوسته با تعداد درجات آزادی خیلی زیاد در نظر گرفته می شود. شاسی های پمپ های فشار بالا باید برای خطرات ناشی از تشدید با فرکانس های تحریک مختلف، مورد تحلیل قرار گیرد. نیروهای تحریک همچنین ممکن است از موتور و یا لوله کشی منشا شود.

5-     ارتعاشات محوری روتور یا محفظه یاتاقان Axial rotor or bearing housing vibrations

این ارتعاشات غالباً در پمپ های تک طبقه ی دو مکشه هنگام کار در بار جزئی دیده می شود. این ارتعاشات به خاطر جریان های ناپایدار ورودی و خروجی پروانه می باشد. حرکت محوری روتور به ویژه هنگامی گفته می شود که بازچرخش جریان در خروجی پروانه به صورت ناپایدار به سمت فضای خالی دیواره پروانه جریان می یابد و باعث ایجاد نیروهای محوری و حرکت محوری روتور می شود. گاهی اوقات این حرکت محوری روتور با چشم قابل مشاهده می باشد.

6-     ارتعاشات پمپ های عمودی

ارتعاشات روتور و ستون تخلیه Column pipe، به علاوه کوپلینگ مورد بررسی قرار گرفته است. بعلاوه ارتعاشات موتور و شاسی آن ممکن است بر ارتعاشات تأثیر داشته باشد. بسته به طول ستون تخلیه، فرکانس های طبیعی ممکن است نزدیک فرکانس چرخش باشد و باعث مسائل ارتعاشی در پمپ شود.

 

نوشته شده توسط رسول پایدار نوبخت در ساعت 8:34 | لینک  |