Структурные проблемы резонанса вертикальных насосов
Механический резонанс тенденция механической системы поглощать больше энергии, когда частота его колебаний (внешний источник возбуждения) совпадает с собственной частотой системы вибрации, чем при других частотах. Механический резонанс может привести к сильному раскачивающейся (больших колебательных перемещений) и даже катастрофический провал.
Внешние элементы в больших вертикальных насосов, которые могут возбуждать собственной частоты являются:
Вращения дисбалансаРабочее колесо пульсаций давление на выходеЗубчатые муфты смещение
Собственные частоты вертикального насоса и двигателя рассчитывается путем проведения модального анализа с использованием метода конечных элементов (FEM). Общее название для обозначения такого анализа анализа методом конечных элементов (FEA). Типичные инструменты программного обеспечения, используемого в Flowserve Санта-Клара бизнес единицы для анализа ANSYS и Pro / ENGINEER. Основной причиной для проведения ВЭД является получение приемлемой маржи расстояние между скоростью работы и устройство отдельных структурных собственных частот.
ВЭД на основе численного метода, что некоторые авторы определяют как метод Галеркина [Reddy, 1984]. Домена делится на N количество поддоменов, элементов и уравнения класса N используются для приближенного решения каждого поддомена. Точность этого метода цифровой зависит от количества поддоменов в которой область была разделена и граничных условий.
Как связано с решением дифференциального уравнения, точность ВЭД осуществляется на вертикальном насоса и двигателя зависит от природы элементов (FEA в программное обеспечение значительного числа вариантов для аналитиков, чтобы выбрать из в зависимости от цели) и граничные условия применяются к модели.
Элемент выбора не комплекс аналитик со знанием ВЭД программного обеспечения. Программное обеспечение, как ANSYS, которая используется в Flowserve Санта-Клара единица бизнеса, описывает каждый элемент по степеням свободы, ее особые свойства, и его поведение и выходы.
С другой стороны, правильное применение граничные условия для модели требует знаний и опыта аналитика. Аналитик должен не только обладать навыками и знаниями о том, как запустить ВЭД программного обеспечения, но также должны понимать поведение системы моделируется. Кроме того, аналитик должен понять значение тех или иных действий и решений, которые должны быть приняты при моделировании и запуска анализа.
ФонВесной 2009 года два больших вертикальных насосов, установленных в энергоблока испытывали механические проблемы, связанные с вибрацией структурного резонанса.
Начальная амплитуда вибрации насосов оказался выше допустимого уровня вибрации пользователя. Предварительные решения проблемы вибрации повлиять на природные ценности частоты насоса системы и механического состояния резонанс появился.
Когда насосы были первоначально установлены на месте, вибрации показания были приняты, и несоответствие было сообщено между договорными пределах 0,157 в / с пик-пик и измеряется амплитуда колебаний.
До оценки возможных решений проблемы, насосы были поднять испытания, чтобы определить их структурных собственной частоты. Без воды во всасывающей яму, первые структурные собственная частота составляла 5,5 Гц, а вторая собственная частота 10,5 Гц. Вторая собственная частота составляет 23 процентов выше, чем скорость работы 514 оборотов в минуту (8,5 Гц). Как всасывания яма была заполнена водой, природным значениям частоты были снижены, так как вода добавляет массу системы. При всасывании ямы заполнены водой, последующая проверка показала, удар собственной частотой 8,5 Гц, что свидетельствует о структурных резонанс был фактором, способствующим высокой механической вибрации регистрируется, когда насосы работают.
Производитель предложил несколько различных вариантов, чтобы сместить структурный резонанс и уменьшить амплитуду операционной вибрации. Со второй собственной частоты совпали с рабочей скорости, одним из возможных решений участвуют повышения гибкости головы разряда насоса. Два метода для выполнения этой задачи были оценены для удаления внешнего ребра от напора или добавление внешних массу на верхней части двигателя.
Напора с внешними ребрами доступно на оригинальном дизайне. Сокращение внешнего ребра были предлагаемого решения для повышения гибкости напора.
Первым шагом в процессе решения проблем было изменить ВЭД, так что он согласился с сайта результатов функциональной проверки. Сокращение внешнего ребра позволит снизить жесткость напора на монтажной пластине соединение, которое приведет к снижению естественного значения частоты. Эта модель была обновлена, чтобы имитировать снятия внешнего ребра, и результаты анализов показали, что естественный значение частоты снизился. К сожалению, это снижение было недостаточным для обеспечения требуемого разделения разницы между скоростью работы насоса и насоса системы собственной частоты.
Следующим шагом было моделировать добавления внешних массы в верхней части двигателя. Стандартный насос производителя в том, чтобы обеспечить двигатели способны того, внешний вес добавляется в верхней части двигателя, который равен 20 процентов от веса двигателя без ущерба для целостности конструкции механической работы двигателя.
Производитель двигателя насоса был знать это требование и утвердил установки на 2000 фунтов. вес в верхней части двигателя.
На рисунках 3 и 4 показывают, что резонансное состояние по-прежнему существует с добавлением массы в верхней части двигателя и сокращение внешних ребер. Несмотря на то, насосы и двигатели одинаковые, результаты испытаний показывают, удар различия объяснить основы различия.
На рисунках 5 и 6 обеспечивают оперативную амплитуд колебаний, связанных с двумя модификациями для А и В насосах.
После сокращения внешнего ребра и добавление лишнего веса, оперативно амплитуда колебаний показаний для насоса находятся в договорные рамки, однако, насос B было не входит в договорные ограничения.
7 и 8 показывают, напряженно-деформированного состояния от формы ВЭД для режима ближе к скорости работы. Эти отклонения формы режиме показывает, что основные отклонения, что происходит в той части насоса ниже насоса плите. Таким образом, начальные изменения в части насоса выше насоса плиты не были столь эффективными, как ожидалось.
Рисунок 7. Третий режим (8.23 Гц параллельно), близкой к скорости работы насоса.
Рисунок 8. Четвертый режим (8,60 Гц перпендикулярно), близкой к скорости работы насоса.
Некоторые другие варианты были оценены такие, как увеличение размера связи отверстия в голове разряда насоса, добавив массу нижней части насоса, добавив боковые сдержанность в нижней части насоса, и добавления весной пластинка между насосом и двигателя. Каждый из этих вариантов был оценен по ВЭД, а также практичность его применения была обсуждена с пользователем. Было принято решение проводить альтернативные весной пластины.
Весна плиты представляют собой механические устройства, состоящий из двух круглых пластин с инженерных разрыв в области между ними. Одна пластина крепится к голове разряда насоса, а другой крепится к двигателю фланец.
Конструкция пружинных пластин осуществляется с помощью собственного программного обеспечения разработаны производителями насосов.
Для того, чтобы весной пластин при условии ожидаемого результата, один набор пластин был изготовлен и установлен на насосе, как показано на рисунке 9.
Рисунок 9. Весна пластин дизайн и сборка установлена на насосы.
Изменение весной пластинка была выполнена. Насос бамп испытания для определения фактического значения частоты природных и оперативного значения вибрации были зарегистрированы.
Насос B, которые выставлены более высокие эксплуатационные значения вибрации, снизился до 0,11 В / с пик-пик перпендикулярном направлении и 0,10 в / с пик-пик для параллельного направления измеряется в верхней части двигателя. Кроме того, естественное соотношение разделения частота была увеличена более чем на 15 процентов, которая была принята на конечного пользователя.
РешениеВ этом случае, цель была, чтобы уменьшить жесткость механической системы.
На первом этапе для тонкой настройки ВЭД в соответствии с моделью на месте удара результаты тестирования насосов. Когда это было закончено, предлагаемые изменения могут быть оценены с ВЭД модели. Удаление внешнего ребра и добавление лишнего веса в верхней части двигателя были предварительные решения, но, когда было установлено, что значительный вес был нужен, этот вариант был заброшен.
Весна пластины были наилучшим решением, учитывая, что решение было разработано для уменьшения жесткости напора, и только надземные части насоса системы нуждаются в модификации.
Простота разработки и производства пружинных пластин важные преимущества этих устройств при механического резонанса существует в насос уже установлен на площадке пользователя. Включение пружинных пластин в установленных систем насоса влияет только на собраниях двигателя и поддержку интерфейса и мотор-насос для связи. Трубопроводы и фундаментные работы не обязательно быть нарушена.
Рисунок 10. Весна пластин, установленных на двигатель поддержки. Обратите внимание на наличие разрыва между двумя пластинами.
ЗаключениеКонечных элементов моделирования и методов анализа обеспечить понимание механического поведения системы, в том числе природного значения частоты на этапе проектирования.
Понимание предсказал природных значений частоты позволяет оценить ожидаемый расстояние между насосом собственной частоты и частоты возбуждения, такие как скорость насоса операции. Разделение устанавливается насос производителя, чтобы избежать механического резонанса.
Граничных условий предполагается в течение ВЭД имеют важное значение для точности предсказать результат. В некоторых случаях, окончательное, как встроенные условия (такие, как жесткость основания) существенно повлиять на точность анализа, если они отличаются от тех условий предполагается, в ходе анализа.
Когда это произойдет, то необходимо выполнить удар тест знать фактические собственные частоты насоса системы после их установки на месте. Используя результаты тестов удара, конечно-элементной модели должны быть настроены в соответствии с результатами, полученными на месте. Предлагаемые решения могут быть смоделированы и проанализированы.
Важно знать тип приемлемого решения, которое обеспечит наилучшие работы насоса. В некоторых случаях, результаты теста показали удар, что увеличение собственной частоте системы является наилучшим решением. Увеличение собственной частоты может быть достигнуто путем изменения двух физических характеристик насоса системы, снижения массы и увеличения жесткости системы.
В этом примере, увеличивая расстояние между насосом системы собственной частоты и частоты возбуждения (скорость вращения насоса) необходимо, чтобы насос системы собственная частота снижается. Весна плиты были установлены для повышения гибкости верхнего строения насоса, таким образом уменьшая собственную частоту.
Весна пластины оптимизированные решения, когда насосы устанавливаются на сайт и пользователю требуется быстрое и эффективное решение, не снимая насоса или изменения инфраструктуры объекта. Анализ методом конечных элементов и средств разработки, в сочетании с простых материалов и методов производства, предоставить клиенту быстрое и эффективное решение.
