Резонансная частота и критическая скорость насоса
Если вы думаете, гидродинамической теории может быть сложным предметом, рассмотреть современные области физики известно как теория струн. Он пытается объяснить все фундаментальные физические теории, в том числе теории относительности и квантовой механики, как единой теории. Основная гипотеза состоит в том, что пространство, время и материя состоит из крошечных строки-частицы, которые вибрируют на резонансных частотах. Если может быть доказано, мы будем иметь единую теорию, которая объясняет все!
Вы, наверное, интересно, какого черта, это связано с насосами. Получается, что резонансная частота нитью (или строки в данном случае).
Резонанс в механической системе вибрации большой амплитуды вызванных сравнительно небольшой стимул за тот же период, как естественный период колебаний системы. Другими словами, это вибрация, которая заканчивается, когда любой объект, состоящий из упругого материала подвергается ее "естественный" колебательные частоты. Стимул, который вызывает эту естественную вибрацию может быть механическим или электромагнитным.
Один из наиболее известных примеров резонанса старого видео бокал вибрирует с поля (частота) голос певца. Когда певица держит внимание, что это собственная частота тонкого стекла, она начинает вибрировать и в конечном счете разрушает. Если вы хотели бы видеть современную версию день смотреть "Резонансная частота Демонстрация" видео на моем сайте, в котором Мичиганского университета Демонстрация физики Лаборатории заменяет певица с переменной частотой генератора и использует вспышку света визуально замедлить пульсации стекла. Он показывает начало резонанс и демонстрирует продолжающийся резонанс может быть разрушительным.
Почему резонанса и резонансной частоты важно в насосах? Одним из стимулов, которые могут вызвать резонанс вращательное движение, что и центробежный насос это все о. Сегодня это чаще всего об изменениях в вращательного движения в связи с переменной скоростью накачки и так называемой критической скорости, которые могут инициировать эти резонансные частоты.
Отделение механики известно как rotordynamics определяет критическую скорость, угловая скорость, что возбуждает собственная частота некоторых вращающегося объекта. В случае вала насоса, то измеренная скорость вращения, где природные вибрации происходит. Это не было бы необычным ожидать, что радиальные отклонения вызваны вес радиальные крыльчатки может привести к вибрации в горизонтальном насос, даже если это рабочее колесо прекрасно сбалансированы. Но аналогичная вибрации может произойти, когда тот же насос работает в вертикальном положении, даже если нет радиальные отклонения в связи с рабочим колесом весом.
Вибрация, которая возникает в хорошо сбалансированный ротор, в частности скорость вращения, обусловлено небольшие различия в плотности ротора и незначительные изменения обработки. В результате незначительный движения центра масс от центра оси вращения. В увеличении скорости упругих сил металла и радиальные силы, вызванные вращением стать неуравновешенным и вибрации происходит. Эта вибрация увеличивается прогиб вала и может привести к износ деталей (уплотнения, уплотнительные кольца и подшипники), и даже поломка вала. Если скорость продолжает расти, это собственная частота исчезает и вибрация прекращается, но в еще большей скоростью, еще одна собственная частота будет встречаться. Самая низкая скорость вращения, при которой это происходит собственных колебаний называют первой критической скорости.
Резонансная не часто беспокойство, когда короткий, жесткий вал насоса работают при их расчетной скорости. Даже если собственная частота находится между нулем и максимальной скорости, она прошла быстро во время запуска. Широкое применение ППЧ, однако, заставило многих считать эффектом резонансной частоты и критическую скорость на работу насоса. Сегодня это не редкость увидеть переменная спецификации инженерной скоростью, что требует насос работать определенный процент ниже первой критической скорости. Расчет первой критической скорости может быть трудной задачей, но, к счастью, чаще измерений может привести нас к решению.
Первая критическая скорость вала насоса напрямую связана с его статический прогиб и статического прогиба зависит от веса ротора, его навес длиной и диаметром. На самом деле, отклонение может быть более сложной, поскольку эластичность, инерция, имея поддержку и различные диаметр вала также должны быть рассмотрены. К счастью, мы не должны выполнять эти расчеты, так как насос дизайнер уже определил их. У нас есть только для получения максимального статического прогиба от производителя и заменять его на это простое уравнение:
NC = 187,7 / √ е
Где:
NC = Первая критическая скорость в RPM
F = Отклонение в дюймах
187,7 постоянная. (Если насос производитель меры статического прогиба в миллиметрах, заменить 946 на 187,7).
Большинство производителей насосов пытаются ограничить прогиб вала на 0,005 в 0,006 в уменьшить износ уплотнений и поддерживать эффективную очистку кольцо износа. При максимальном отклонении 0,006 в, наше уравнение вычисляет первые критические скоростью около 2420 оборотов в минуту. Очевидно, насосов с четырьмя и более полюсов (1800 оборотов в минуту и ниже) работают намного ниже этого числа, так что первые критические скорости не является проблемой. Для первой критической скорости, чтобы стать проблемой в четырех полюсов скорость, прогиб вала должна быть больше, чем 0,010 в.
Насоса с валом отклонение 0,006 в, но управляется двухполюсный электродвигатель (3600 оборотов в минуту), будет работать также над его первой критической скорости. Как я упоминал ранее, это не является проблемой для приложений с фиксированной скоростью, так как вал проходит через критическую скорость очень быстро. Даже VFD плавного пуска, как правило, не проблема, потому что время, проведенное в этом диапазоне скоростей-прежнему не хватает.
Это, однако, может быть проблема, если критическая скорость находится в диапазоне скоростей, что требуется приложению. К счастью, большинство VFD, может быть запрограммирован для обхода отдельных частотах. Например, если критическая скорость происходит между 41 - и 43 Гц, VFD будет пропускать эти частоты и использовать 40 - или 44 Гц, а не. Вал будет по-прежнему проходят через критическую скорость, но VFD не позволит ему остаться там.
Стоит также отметить, что уравнение для расчета критической скорости на роторе, который выполняется в воздухе. При работе в жидкости, определенные силы гидродинамических возникают вокруг вала и рабочего колеса, которые могут обеспечить дополнительную устойчивость. Известный как Ломакин эффекта, эти силы могут уменьшить отклонения и увеличивать первые критические скорости далеко за пределы расчетного значения.
