Quellen des Lärms von Maschinengepäckpumpen und Erörterungen

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yinkuilin6868 am 21.12.2015 um 10:22 geändert. Quellen mechanischer Geräusche: Mechanische Geräusche entstehen durch vibrierende Bauteile oder Oberflächen, die in dem angrenzenden Medium schallende Druckwellen erzeugen. Zum Beispiel Kolben, ungleichmäßige Schwingungen bei der Drehung sowie schwingende Rohrwände. 　　In Volumenpumpen hängt der Lärm in der Regel mit der Drehzahl der Pumpe sowie der Anzahl der Pumpenkolben zusammen. Flüssigkeitspulsationen sind der Hauptgrund für mechanisch verursachten Lärm; umgekehrt können diese Pulsationen auch mechanische Schwingungen in den Komponenten von Pumpen und Rohrleitungssystemen auslösen. Falsch angebrachte Kurbelwellengewichte können ebenfalls aufgrund der Drehzahl Vibrationen verursachen. Dadurch können die Befestigungsschrauben locker werden, was wiederum zu Geräuschen in der Grundplatte oder in den Führungen führen kann. Andere Geräusche sind auf das Verschleißgeräusch der Verbindungsstangen sowie auf das Geräusch von verschlissenen Kolbenstiften oder dem Schlagen des Kolbens zurückzuführen. 　　In Zentrifugalpumpen verursacht eine falsch montierte Kupplung oft Geräusche – mit einer Frequenz, die doppelt so hoch ist wie die Drehzahl der Pumpe (Fehljustierung). Wenn die Drehzahl der Pumpe der kritischen Drehzahl nahekommt oder diese überschreitet, können durch das Ungleichgewicht entstehende starke Vibrationen sowie Verschleiß an Lagern, Dichtungen oder Laufrädern zu Geräuschen führen. Bei Abnutzung kann ein charakteristisches Merkmal ein hohes Pfeifen sein. Elektromotorläufer, Achsschlüssel sowie Kupplungsbolzen können alle zu Geräuschen durch Spiel führen. 　　Flüssigkeitsgeräuschquelle: Wenn Druckwellen direkt durch die Bewegung der Flüssigkeit entstehen, dann ist die Geräuschquelle die entsprechende Strömungsenergie. Mögliche hydrodynamische Quellen umfassen Turbulenzen, Trennung von Flüssigkeitsströmen (Wirbelzustände), Kavitation, Wasserschlag, Verdampfung sowie die Wechselwirkung zwischen dem Laufrad und dem Winkel der Strömungsrichtung in der Pumpe. Die dadurch entstehende Druck- und Strömungsoszillation kann entweder periodisch oder breitbandig in ihrer Frequenz sein und führt in der Regel zu mechanischen Schwingungen der Leitungen oder der Pumpe selbst. Dann können mechanische Vibrationen Lärm in die Umgebung abgeben. 　　Im Allgemeinen gibt es im Inneren einer Flüssigkeitspumpe vier Arten von Schwingungsquellen:
(1) Diskrete Frequenzkomponenten, die durch die Pumpenradblätter oder Kolben entstehen.
(2) Breitbandige Turbulenzenergien, die durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten verursacht werden.
(3) Stoßgeräusche, die durch breitbandigen Lärm entstehen, der wiederum durch Korrosion, Verdampfung und Wasserhammer verursacht wird.
(4) Schwingungen, die durch periodische Wirbel entstehen, wenn die Flüssigkeit durch Hindernisse sowie seitliche Ableitungen des Rohrsystems fließt. Dadurch können Druckschwankungen entstehen, die wiederum zu Veränderungen im Strömungsprofil führen können. 　　Dies gilt insbesondere beim Betrieb bei Strömungsraten außerhalb der konstruierten Bedingungen. Die Zahlen, die auf den Strömungslinien angegeben sind, bezeichnen die jeweiligen Prinzipien der Strömungsprozesse:
(1) Ablösung der Strömung
(2) Recirkulation (Zweiströmung)
(3) Zirkulation
(4) Leckagen
(5) Instabile Strömungsverhältnisse
(6) Schwanzströmungen (Wirbel)
(7) Turbulenzen
(8) Korrosion durch Luftblasen

Durch die Wechselwirkung zwischen den Grenzschichten in den Bereichen mit hoher und niedriger Geschwindigkeit entstehen in den meisten Fällen solche instabilen Strömungsverhältnisse – beispielsweise durch den Fluss des Wassers um Hindernisse oder durch Strömungen in stehenden Gewässern. Auch eine zweiseitige Strömung kann dazu führen. Wenn diese Wirbel gegen die Seitenwände prallen, verwandeln sich die Wirbel in Druckwellen, die wiederum zu lokalen Schwingungen in den Rohrleitungen oder Pumpenteilen führen können. Die akustische Antwort des Rohrleitungssystems kann die Frequenz und Amplitude der Wirbelverbreitung stark beeinflussen. Forschungen haben gezeigt, dass die Wirbelströmungen am stärksten sind, wenn die resonanten Schallfrequenzen des Systems mit den natürlichen oder vorherrschenden Frequenzen der Schallquellen übereinstimmen. 　　Wenn die Zentrifugalpumpe bei einem Durchfluss arbeitet, der kleiner oder größer ist als der Wert, bei dem ihre Effizienz am höchsten ist, ist in der Regel ein Geräusch um den Pumpenkörper herum zu hören. Das Niveau und die Frequenz dieses Geräuschs unterscheiden sich von Pumpe zu Pumpe und hängen vom Druck, den die Pumpe zu diesem Zeitpunkt erzeugt, vom Verhältnis zwischen dem benötigten NPSH und dem verfügbaren NPSH sowie vom Grad ab, in dem der Fluss der Pumpe von einem idealen Fluss abweicht. Es kommt häufig zu Geräuschen, wenn der Winkel der Einlassleitbleche sowie das Laufrad und der Gehäusebereich (oder Diffusor) für den tatsächlichen Durchfluss nicht geeignet sind. Außerdem gilt die Recirkulation als eine der Hauptquellen für dieses Rauschen. 　　Bevor die Flüssigkeit durch die Zentrifugalpumpe gepumpt und dadurch erhöht wird, muss sie durch einen Bereich gelangen, in dem der Druck nicht höher ist als der bereits im Eingangsschlauch vorhandene Druck. Dies liegt teilweise an der Beschleunigung des Fluids beim Eintreten in den Einlass des Laufrads, sowie an der Trennung des Luftstroms von den Blättern am Einlass des Laufrads. Wenn die V-Strömung die konstruierte Strömungsgeschwindigkeit überschreitet und der Winkel der dazugehörigen Blätter nicht korrekt ist, entstehen hocheffiziente, niedrigdruckige Wirbelströme. Wenn der Druck des Flüssigkeits sich auf den Siedepunkt senkt, verdampft die Flüssigkeit. Später wird der Druck in diesem Kanal ansteigen. Die daraus resultierende Implosion verursacht ein Geräusch, das üblicherweise als Kavitation bezeichnet wird. In der Regel treten Blasenbildung und -zerplatzen auf der nicht belasteten Seite der Laufradblätter auf. Dies verursacht nicht nur Lärm, sondern auch ernsthafte Schäden – insbesondere Korrosion der Blätter. 　　Der Lärmpegel, der bei Kavitation im Gehäuse einer Pumpe mit 8000 PS (5970 kW) in der Nähe der Eingangsleitung gemessen wird. 　　Kavitation kann breitbandige Stoßwellen vieler Frequenzen erzeugen; in diesem Fall sind jedoch die gemeinsame Frequenz der Blätter (Anzahl der Laufradblätter mal Umdrehungen pro Sekunde) sowie ihre Vielfache dominierend. Dieser Typ von Kavitationsgeräusch erzeugt in der Regel Geräusche mit sehr hoher Frequenz, die am besten als „Knallgeräusche“ bezeichnet werden. 　　Kavitationsbedingtes Geräusch kann ebenfalls dann zu hören sein, wenn der Durchfluss unter den im Design vorgesehenen Wert liegt – oder sogar dann, wenn der verfügbare EingangsnPSH höher ist als der NPSH, der von der Pumpe benötigt wird. Das ist ein äußerst rätselhaftes Phänomen. Laut der von Fraser vorgeschlagenen Erklärung stammt dieser sehr niedrige, unregelmäßige Frequenzbereich mit hoher Lautstärke von der Rückströmung am Eingang oder am Ausgang des Laufrads – oder an beiden Stellen. Jede Zentrifugalpumpe weist unter bestimmten Bedingungen eines abnehmenden Durchflusses dieses Art von Rückstrom auf. Der Betrieb im Recyclingbetrieb schädigt die Druckseiten der Ein- und Auslassflächen der Laufradblätter – sowie auch die Leitbleche des Gehäuses. Stoßartiger Lärm, ein Anstieg der Lautstärke unregelmäßigen Geräusches sowie ein Anstieg der Druckschwankungen an Ein- und Auslass bei sinkendem Durchfluss können als Beweis für eine Recirkulation dienen. 　　Druckautomatikregler oder Durchflussregelventile können Geräusche erzeugen, die mit Turbulenzen und Strömungstrennungen zusammenhängen. Wenn diese Ventile bei hohem Druckabfall arbeiten, entstehen hohe Strömungsgeschwindigkeiten, die zu deutlicher Turbulenz führen. Obwohl das entstehende Schallspektrum ein sehr breites Band umfasst, konzentriert es sich in seinen Eigenschaften auf Frequenzen mit einem entsprechenden Strouhal-Zahlwert von etwa 0,2. 　　Kavitation und Verdampfung: In vielen Pumpensystemen für Flüssigkeiten treten in der Regel eine gewisse Menge an Verdampfung auf, sowie Probleme durch Kavitation im Zusammenhang mit den Druckregelventilen in der Pumpe oder im Transportsystem. Da durch das Drosseln erhebliche Strömungsverluste entstehen, führt eine hohe Strömungsgeschwindigkeit zu stärkerer Kavitation. 　　Im Saugrohr der Volumenpumpe können am Kolben hohe Amplituden an Schwingungen entstehen, die durch die akustischen Eigenschaften des Systems verstärkt werden. Dadurch kann die Druckkraft periodisch die Verdampfungsspannung des Flüssigkeits erreichen – selbst dann, wenn der statische Druck am Sauganschluss höher ist als diese Spannung. Wenn der Kreislaufdruck ansteigt, platzen die Blasen, was zu Geräuschen und Belastungen für das System führt. Zudem kann dies zu Korrosion führen sowie unangenehme Geräusche verursachen. 　　Wenn heißes, unter Druck stehendes Wasser durch eine Drosselung – wie beispielsweise eine Durchflussregelventil – seinen Druck verliert, tritt besonders in Warmwassersystemen (Wasserförderungssystemen) Flashover auf. Diese Verringerung des Drucks führt dazu, dass die Flüssigkeit plötzlich verdampft – also zu einem Phänomen des Siedens unter Druck. Dadurch entsteht ein Geräusch, das dem von Kavitation ähnelt. Um das Phänomen des Verdampfens nach dem Drosseln zu vermeiden, muss ein ausreichender Rückdruck bereitgestellt werden. Andererseits sollte am Ende der Leitung gedrosselt werden, damit die Energie des Verdampfens in einem größeren Raum verteilt wird.