Aké sú bežné režimy zlyhania vibrácií horizontálnych odstredivých čerpadiel

Horizontálne odstredivé čerpadlá zohrávajú rozhodujúcu úlohu v priemyselnej výrobe a vibrácie sú hlavným ukazovateľom ich prevádzkového stavu a spoľahlivosti. Abnormálne vibrácie nielen urýchľujú opotrebovanie kritických komponentov, ako sú ložiská, mechanické tesnenia a spojky, ale môžu viesť aj k neočakávaným prestojom.

1. Režimy mechanického zlyhania

Mechanická porucha je najbežnejším a najničivejším zdrojom vibrácií v odstredivých čerpadlách. Jeho charakteristiky sa často vyskytujú pri harmonických frekvenciách rýchlosti rotora (1X), dvojnásobnej rýchlosti (2X) alebo vyššej.

1.1 Nevyváženosť

Nevyváženosť je spôsobená nerovnomerným rozložením hmoty v obežnom kolese, spojke alebo samotnom hriadeli čerpadla.

Príčiny: Chyby odliatku, nerovnomerné opotrebovanie, asymetrický kľúč alebo drážka pre pero alebo korózia/znečistenie obežného kolesa počas dlhodobej prevádzky.

Charakteristika vibrácií: Energia vibrácií sa primárne koncentruje pri frekvencii rýchlosti 1X, amplitúda je zvyčajne veľká a smer vibrácií (radiálny) je stabilný.

Vplyv: To spôsobuje, že počas otáčania hriadeľa čerpadla vznikajú periodické odstredivé sily, ktoré ich nepretržite vyvíjajú na ložiská a urýchľujú poruchu únavy ložísk.

1.2 Nesprávne nastavenie

Nesúososť sa týka odchýlky v stredovej línii alebo uhle medzi pohonom (napr. motorom) a hriadeľom čerpadla.

Typy: Paralelné vychýlenie a uhlové vychýlenie sú klasifikované nasledovne.

Vibračné charakteristiky: Najtypickejšou charakteristikou je výrazné zvýšenie vibračnej energie pri 2-násobku frekvencie otáčania, hoci sa môžu vyskytnúť aj 1-násobné a 3-násobné frekvencie. Radiálne vychýlenie môže byť väčšie pri 2-násobku frekvencie otáčania, zatiaľ čo uhlové vychýlenie je vysoké pri 1-násobnej aj 2-násobnej frekvencii.

Náraz: Spôsobuje to periodické ohýbanie a zmeny napätia v spojke počas otáčania, čím vznikajú značné reakčné sily, ktoré môžu vážne poškodiť spojku, ložiská a mechanické tesnenia.

1.3 Poruchy ložísk

Ložiská sú kritické komponenty, ktoré odolávajú radiálnym a axiálnym silám. Ich porucha je jednou z hlavných príčin prestojov zariadení.

Charakteristiky vibrácií: Chyby ložísk sa neprejavujú pri frekvencii 1X alebo 2X, ale namiesto toho vytvárajú jedinečné vysokofrekvenčné vibrácie, známe ako charakteristické frekvencie ložísk. Tieto frekvencie zahŕňajú frekvencie vnútornej dráhy (BPFI), vonkajšej dráhy (BPFO), loptičky/valčeka (BSF) a klietky (FTF).

Štádium vývoja: Poruchy v počiatočnom štádiu sa môžu prejaviť ako vysokofrekvenčný náhodný šum; v strednom stupni vznikajú zreteľné nosné charakteristické frekvencie a ich harmonické; v neskorom štádiu sú tieto frekvencie preťažené, čo sa prejavuje ako širokopásmové vysokofrekvenčné vibrácie.

1.4 Uvoľnenie základov a štrukturálna rezonancia

Uvoľnenie základov a rezonancia sú "neviditeľnými zabijakmi" pri diagnostike vibrácií odstredivého čerpadla.

Mechanická uvoľnenosť: Uvoľnené kotviace skrutky, nerovné základové dosky alebo nadmerná vôľa medzi sedlom ložiska a základňou.

Charakteristiky vibrácií: Typicky sa prejavujúce ako séria harmonických vibrácií pri frekvenciách 1X, 2X a 3X, často s prítomnosťou polovičných frekvencií (0,5X) alebo ešte zložitejších subharmonických, sú typickými znakmi nelineárnej mechanickej uvoľnenosti.

Štrukturálna rezonancia: Vyskytuje sa, keď sa prevádzková frekvencia čerpadla (1X) blíži k vlastnej frekvencii čerpadla alebo potrubného systému.

Dopad: Výsledkom je dramatické zosilnenie amplitúdy vibrácií, dokonca aj malé nevyváženosti alebo nesúososti spôsobujú výrazné vibrácie.

2. Režimy zlyhania hydrauliky

Hydraulické poruchy sú spôsobené zmenami prietoku alebo tlaku kvapaliny a úzko súvisia s prevádzkovým bodom čerpadla.

2.1 Kavitácia

Kavitácia je fenomén tvorby a kolapsu bublín spôsobený poklesom tlaku na sacej strane čerpadla pod tlak nasýtených pár čerpanej kvapaliny.

Charakteristiky vibrácií: Vytvára sa jedinečný, náhodný, širokopásmový hluk, pričom energia vibrácií sa šíri vo vysokofrekvenčnom rozsahu, čo znie ako váľanie sa alebo lámanie kameňov v telese čerpadla.

Dopad: Kavitácia spôsobuje vážne poškodenie materiálu obežného kolesa jamkami, čo vedie k prudkému poklesu hlavy a účinnosti.

2.2 Prepätie a recirkulácia

Hydraulická nestabilita môže nastať, keď odstredivé čerpadlo pracuje pod alebo nad svojím projektovaným prietokom (BEP), najmä pri nízkych prietokoch.

Recirkulácia: Pri nízkych prietokoch môže kvapalina spätne prúdiť na vstupe alebo výstupe obežného kolesa, čo spôsobuje hydraulický šok.

Náraz: V niektorých odstredivých čerpadlách alebo paralelných systémoch s viacerými čerpadlami môže počas prevádzky s nízkym prietokom dochádzať k veľkým, periodickým výkyvom tlaku a prietoku.

Charakteristiky vibrácií: Typicky sa prejavujú ako nízkofrekvenčné vibrácie, typicky pod 1-násobok rýchlosti otáčania, alebo širokopásmové nahromadenie nízkofrekvenčnej energie. Táto vibrácia spôsobuje cyklické rázové zaťaženie ložísk.

2.3 Frekvencia prechodu čepeľou (BPF)

BPF je tlaková pulzácia spôsobená periodickým rozrušením kvapaliny, keď lopatky obežného kolesa prechádzajú cez špirálové rozdeľovacie lopatky alebo lopatky difúzora.

Výpočet: BPF = rýchlosť × počet čepelí.

Charakteristika vibrácií: Energia vibrácií je sústredená v BPF a jeho harmonických.

Vplyv: Aj keď je to zvyčajne normálny prevádzkový jav, ak je amplitúda BPF príliš vysoká, znamená to, že vôľa (radiálna vôľa) medzi jazýčkom špirály a vonkajším priemerom obežného kolesa nie je správne navrhnutá alebo je silne opotrebovaná, prípadne existuje problém s hydraulickým prispôsobením obežného kolesa a špirály.