Источники шума в насосах и их анализ

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано yinkuilin6868 21.12.2015 в 10:22. Источники механического шума. Механический шум возникает из-за вибрирующих деталей или поверхностей, которые создают звуковые колебания давления в окружающей среде. Например, поршень, дисбалансирующие вибрации во время вращения и вибрации стенок трубы. 　　В объемных насосах уровень шума обычно связан с скоростью вращения насоса и количеством поршней в нем. Пульсация жидкости является основным источником механического шума; в свою очередь, эти пульсации также могут вызывать механические колебания в компонентах насосных и трубопроводных систем. Неправильно установленные балансиры коленчатого вала также могут вызывать вибрации в зависимости от скорости вращения; это может привести к ослаблению болтов крепления и к появлению звуков ударов по основанию или направляющим. Другие шумы связаны с износом шатунов, а также с звуками, возникающими при износе штифтов поршней или ударах поршней. 　　В центробежных насосах неправильно установленный муфта часто вызывает шум со скоростью, вдвое превышающей скорость вращения насоса (несоосность). Если скорость вращения насоса приближается к критической скорости или превышает её, то высокие вибрации, вызванные дисбалансом, а также износ подшипников, уплотнений или рабочего колеса могут приводить к появлению шума. При износе его характерной особенностью может быть появление высокочастотного свиста. Вентилятор электродвигателя, штифты валов и болты муфт могут вызывать шум из-за зазоров. 　　Источник жидкостного шума: когда давленческие колебания возникают непосредственно в результате движения жидкости, источником шума является соответствующая гидродинамическая сила. Возможными источниками гидродинамических сил являются турбулентность, разделение потока жидкости (состояние вихрей), аэроэрозия, ударная волна, испарение, а также взаимодействие рабочего колеса с углом распределения потока в насосе. Причиняемое давление и колебания потока могут быть либо периодическими по частоте, либо иметь широкую частотную спектральную составляющую; кроме того, они могут вызывать механические колебания самой трубопроводной системы или насоса. Затем механические вибрации могут распространять шум в окружающую среду. 　　Как правило, в насосах для жидкостей существуют четыре типа источников пульсаций: (1) компоненты с четкой частотой, возникающие из-за вращения лопастей насоса или движения поршня; (2) широкополосная энергия турбулентности, обусловленная высокой скоростью потока; (3) импульсные шумы, возникающие в результате интермиттирующих колебаний широкополосного шума, вызванного аэроэрозией, испарением и ударными волнами; (4) пульсации, обусловленные периодическими вихрями при прохождении жидкости через препятствия и боковые ответвления трубопроводной системы; это может приводить к изменениям в спектре давления в центробежных насосах. 　　Это особенно верно при работе при расходе, отличном от режима проектирования. Цифры, указанные на линиях потока, обозначают принципы, лежащие в основе соответствующих процессов движения жидкости:
(1) Отстранение жидкости от поверхности
(2) Рекиркуляция (вторичный поток)
(3) Циклическое движение
(4) Утечка жидкости
(5) Нестабильные колебания потока
(6) Хвостовой поток (вихри)
(7) Турбулентность
(8) Аэроэрозия
Из-за взаимодействия слоев высокой и низкой скорости в потоке возникают вихри; это происходит, например, из-за движения жидкости вокруг препятствий или в зонах стоячей воды, а также из-за двунаправленного потока. Когда эти вихри сталкиваются с боковыми стенками, они превращаются в колебания давления, что может вызывать локальные колебания в элементах трубопровода или насоса. Акустический ответ системы трубопроводов может сильно влиять на частоту и амплитуду распространения вихревых токов. Исследования показали, что вихревые токи становятся наиболее интенсивными, когда частота резонанса системы совпадает с естественной или преобладающей частотой источника шума. 　　Когда центробежный насос работает при расходе, меньшем или большем, чем оптимальный для его эффективности, обычно вокруг корпуса насоса слышен шум. Уровень и частота этого шума различаются у разных насосов и зависят от уровня давления, создаваемого насосом в данный момент, от соотношения необходимого значения NPSH к значению NPSH, доступному для использования, а также от степени отклонения потока жидкости от идеального состояния. Шумы часто возникают, когда угол направляющих лопастей входа, рабочее колесо и корпус (или диффузор) не подходят для фактического расхода потока. Кроме того, основным источником такого шума также считается рекурсия. 　　Прежде чем жидкость проходит через центробежный насос и подвергается повышению давления, она обязательно проходит через зону, в которой давление не превышает давления во входном трубопроводе. Это отчасти обусловлено ускорением жидкости при её входе в входное отверстие ротора, а также разделением потока воздуха от лопастей входного отверстия ротора. Если скорость потока V превышает расчетную, а угол расположения лопастей неправильный, это приводит к образованию вихрей с высокой скоростью и низким давлением. Если давление жидкости снижается до давления кипения, жидкость испаряется. Через некоторое время давление в этой зоне увеличится. Вслед за этим происходит внутренний взрыв, вызывающий шум, который обычно называется эрозией из-за потока. Обычно пузыри воздуха разрываются на ненагруженной стороне лопастей ротора, что, помимо возникновения шума, может привести к серьезным последствиям (коррозии лопастей). 　　Уровень шума, измеряемый на корпусе насоса мощностью 8000 л.с. (5970 кВт) в момент возникновения эрозии под действием аэроударов, вблизи входного трубопровода. 　　Кавитация способствует возникновению ударных волн широкого диапазона частот; однако в данном случае доминируют общая частота лопастей (число лопастей ротора умноженное на количество оборотов в секунду) и её кратные. Шум, обусловленный кавитацией такого типа, как правило, имеет очень высокую частоту и лучше всего называться «звуком взрыва». 　　Шум, связанный с эрозией под действием потока, также может быть слышен при расходе жидкости, меньшем, чем в режиме работы по проектным параметрам, а также тогда, когда значение NPSH на входе превышает требуемое значение для насоса. Это довольно загадочная проблема. Соглошение, предложенное Фрейзером, считает, что такой очень низкий, хаотичный по частоте, но при этом высокоинтенсивный шум обусловлен рециркуляцией воздуха у входа или у выхода из ротора, либо в обоих местах, причем каждый центробежный насос испытывает такую рециркуляцию при определенных условиях снижения расхода. Работа в режиме рециркуляции повреждает сторону лопастей, находящуюся под давлением, у входа и выхода из лопастей ротора (а также направляющие лопасти корпуса). Увеличение уровня шума вида ударных нагрузок и хаотичного шума, а также усиление пульсаций давления на входе и выходе при снижении расхода могут служить доказательством наличия рециркуляции. 　　Автоматические регуляторы давления или клапаны управления потоком могут генерировать шум, связанный как с турбулентностью, так и с разделением потока воздуха. Когда эти клапаны работают при сильном падении давления, возникает высокая скорость потока, что приводит к значительной турбулентности. Несмотря на то, что спектр шума имеет очень широкий диапазон частот, по своим характеристикам он сосредоточен вокруг частоты, соответствующей числу Страухаля примерно 0,2. 　　Кавитация и испарение Для многих систем перекачки жидкостей обычно существует определенный уровень испарения, а также проблема кавитации, связанная с клапанами управления давлением в насосе или транспортной системе. Поскольку при сужении происходит значительная потеря потока, высокая скорость потока приводит к более серьезному эрозионному износу. 　　В всасывающей линии объемного насоса поршень может создавать импульсы высокой амплитуды, которые усиливаются под воздействием акустических свойств системы; это приводит к тому, что динамическое давление периодически достигает давления кипения жидкости, даже если статическое давление в точке всасывания превышает это значение. При увеличении циклического давления пузырьки лопаются, что приводит к появлению шума и нагрузке на систему. Кроме того, это может способствовать коррозии и также вызывать неприятный шум. 　　Флэш-вспышка особенно часто происходит в системах горячей воды (системах насосов для подачи воды), когда горячая вода под давлением проходит через устройства для регулирования потока (например, клапаны), в результате чего давление снижается. Снижение давления приводит к внезапной испарению жидкости, то есть к флэш-вспышке, что вызывает шум, похожий на звук кавитации. Чтобы избежать флэш-вспенивания после сужения, необходимо обеспечить достаточное обратное давление. С другой стороны, следует ограничить поток на концах трубопровода, чтобы энергия испарения распределялась в более большом объеме пространства.