Czy producent pomp wodnych może wyjaśnić najczęstsze źródła hałasu pomp wodnych?

Aug 21, 2024

Hałas pompy zawsze był utrapieniem klientów. Niezależnie od tego, czy jest spowodowany awarią, czy też hałasem samej pompy, uważam, że wielu klientów napotka te problemy podczas korzystania z pompy. Dzisiaj Lutsee wyjaśni Ci najczęstsze źródła hałasu pompy.
Hałas mechaniczny pochodzi z wibrujących elementów lub powierzchni, które powodują słyszalne wahania ciśnienia w sąsiednich mediach. Na przykład tłoki, niezrównoważone drgania spowodowane obrotem i wibrujące ścianki rur.
W pompach wyporowych hałas jest zazwyczaj związany z prędkością pompy i liczbą tłoków w pompie. Pulsacja cieczy jest głównym hałasem indukowanym mechanicznie i odwrotnie, pulsacje te mogą również wzbudzać drgania mechaniczne w elementach pompy i układu rurociągów. Nieprawidłowe ciężarki wyważające wału korbowego mogą również powodować drgania zgodnie z prędkością obrotową, co może poluzować śruby fundamentowe i powodować stukanie fundamentu lub szyny prowadzącej. Inne hałasy są związane z dźwiękiem zużytych korbowodów, zużytych sworzni tłokowych lub uderzeń tłoków.
W pompach odśrodkowych nieprawidłowo zainstalowane sprzęgła często wytwarzają hałas (niewspółosiowość) przy prędkości dwukrotnie większej od prędkości pompy. Jeśli prędkość pompy zbliża się lub przekracza prędkość krytyczną poziomu, mogą wystąpić silne drgania spowodowane brakiem równowagi lub hałasem generowanym przez zużycie łożyska, uszczelnienia lub wirnika. Jeśli wystąpi zużycie, jego cechą charakterystyczną może być emisja wysokich, gwiżdżących dźwięków. Wentylatory silników elektrycznych, kliny wału i śruby sprzęgające mogą wytwarzać hałas luzu.
Źródło szumu cieczy
Gdy wahania ciśnienia są bezpośrednio generowane przez ruch cieczy, źródło hałasu jest proporcjonalne do dynamiki cieczy. Możliwe źródła mocy cieczy obejmują turbulencje, rozdzielenie przepływu cieczy (stan wirowy), kawitację, uderzenie wodne, parowanie błyskawiczne i interakcję między wirnikiem a kątem rozdzielenia pompy. Wywołane pulsacje ciśnienia i przepływu mogą mieć częstotliwość okresową lub szerokopasmową i mogą ogólnie wzbudzać drgania mechaniczne w rurociągach lub samych pompach. Następnie drgania mechaniczne mogą rozpraszać hałas do otoczenia.
Ogólnie rzecz biorąc, w pompach cieczowych występują cztery rodzaje źródeł pulsacji:
(1) Dyskretne składowe częstotliwości generowane przez wirnik pompy lub tłok
(2) Energia turbulencji szerokopasmowej spowodowana dużą prędkością przepływu
(3) Przerywane drgania szerokopasmowego szumu spowodowane kawitacją, błyskawicznym parowaniem i uderzeniem wodnym stanowią hałas uderzeniowy.
(4) Gdy strumień cieczy przepływa przez przeszkody i boczne dopływy systemu rurociągów, okresowe wiry mogą powodować pulsacje wywołane przepływem, co może skutkować wtórnymi zmianami widma przepływu spowodowanymi wahaniami ciśnienia w pompie odśrodkowej.
Jest to szczególnie prawdziwe w przypadku pracy w warunkach przepływu niezgodnego z projektem. Liczby pokazane na linii przepływu wskazują na pozycjonowanie następujących zasad procesu przepływu:
Ze względu na interakcję warstwy granicznej między obszarami dużej i małej prędkości w polu przepływu, większość tych niestabilnych wzorców przepływu generuje wiry, na przykład spowodowane przepływem cieczy wokół przeszkód lub przez strefy stojącej wody, lub przepływem dwukierunkowym. Gdy te wiry uderzają w ścianę boczną, przekształcają się w wahania ciśnienia i mogą powodować lokalne oscylacje w rurociągach lub elementach pompy. Odpowiedź akustyczna systemów rurociągowych może silnie wpływać na częstotliwość i amplitudę dyfuzji prądów wirowych. Badania wykazały, że gdy rezonans dźwięku w systemie jest zgodny z naturalną lub preferowaną częstotliwością źródła hałasu, prądy wirowe są silne.
Gdy pompa odśrodkowa pracuje przy przepływie mniejszym lub większym od optymalnej sprawności, hałas jest zwykle słyszalny wokół obudowy pompy. Poziom i częstotliwość tego hałasu różnią się w zależności od pompy, w zależności od poziomu ciśnienia generowanego przez pompę w danym momencie, stosunku wymaganego NPSH do dostępnego NPSH i stopnia, w jakim płyn pompy odbiega od idealnego przepływu. Gdy kąt łopatek kierujących wlotu, wirnika i obudowy (lub dyfuzora) nie jest odpowiedni dla rzeczywistego natężenia przepływu, często występuje hałas. Głównym źródłem tego hałasu jest również recyrkulacja.
Zanim ciecz przepłynie przez pompę odśrodkową i zostanie sprężona, musi przejść przez obszar o ciśnieniu nie większym niż istniejące ciśnienie w rurze wlotowej. Jest to częściowo spowodowane efektem przyspieszenia cieczy wchodzącej do wlotu wirnika, a także oddzieleniem przepływu powietrza od łopatek wlotowych wirnika. Jeśli natężenie przepływu V przekroczy natężenie przepływu projektowego, a towarzyszący temu kąt łopatek jest nieprawidłowy, utworzą się wiry o dużej prędkości i niskim ciśnieniu. Jeśli ciśnienie cieczy spadnie do ciśnienia parowania, gaz ciekły ulotni się. Ciśnienie wewnątrz kanału wzrośnie później. Następująca implozja powoduje hałas powszechnie znany jako kawitacja. Zwykle pęknięcie kieszeni powietrznych po stronie bezciśnieniowej łopatek wirnika nie tylko powoduje hałas, ale również stwarza poważne zagrożenia (korozja łopatek).
Poziom hałasu mierzony na obudowie pompy o mocy 8000 KM (5970 kW) i w pobliżu rurociągu wlotowego podczas kawitacji.
Generowanie kawitacji może wzbudzać szerokopasmowe uderzenia o wielu częstotliwościach; Jednak w tym przypadku dominują wspólna częstotliwość łopatek (liczba łopatek wirnika pomnożona przez liczbę obrotów na sekundę) i jej wielokrotności. Ten typ hałasu kawitacyjnego zwykle wytwarza hałas o bardzo wysokiej częstotliwości, najlepiej określany jako „hałas wybuchu”.
Hałas kawitacji może być również słyszalny, gdy natężenie przepływu jest niższe od warunków projektowych lub nawet gdy dostępne NPSH na wlocie przekracza NPSH wymagane przez pompę, co jest bardzo zagadkowym problemem. Wyjaśnienie zaproponowane przez Frasera sugeruje, że ten bardzo niski, nieregularny, ale intensywny hałas pochodzi z przepływu wstecznego na wlocie lub wylocie wirnika lub w dwóch miejscach, a każda pompa odśrodkowa doświadcza tej recyrkulacji przy pewnym zmniejszeniu natężenia przepływu. Praca w warunkach recyrkulacji uszkadza wlot i wylot łopatek wirnika (a także stronę ciśnieniową łopatek kierujących obudowy). Wzrost głośności hałasu impulsowego, nieregularny hałas i wzrost pulsacji ciśnienia na wlocie i wylocie, gdy natężenie przepływu spada, mogą służyć jako dowód recyrkulacji.
Automatyczne regulatory ciśnienia lub zawory sterujące przepływem mogą generować hałas związany zarówno z turbulencją, jak i separacją przepływu powietrza. Gdy zawory te działają przy dużym spadku ciśnienia, mają wysokie natężenia przepływu, które generują znaczną turbulencję. Chociaż generowane widmo szumu jest bardzo szerokopasmowe, jego charakterystyki są skupione wokół częstotliwości z odpowiadającą liczbą Strouhala wynoszącą około 0.2.
Kawitacja i parowanie błyskawiczne
W przypadku wielu układów pompowania cieczy występuje zazwyczaj pewne parowanie błyskawiczne i kawitacja związane z zaworami regulacji ciśnienia w pompie lub układzie dostarczania. Ze względu na znaczną utratę przepływu spowodowaną dławieniem, wyższe natężenia przepływu skutkują poważniejszą kawitacją.
W linii ssącej pompy wyporowej tłok może generować pulsacje o dużej amplitudzie i być wzmacniany przez wydajność akustyczną układu, powodując, że ciśnienie dynamiczne okresowo osiąga ciśnienie parowania cieczy, nawet jeśli ciśnienie statyczne w porcie ssącym może być większe od tego ciśnienia. Gdy ciśnienie cyrkulacyjne wzrasta, pęcherzyki pękają, wytwarzając hałas i wpływając na układ, co może prowadzić do korozji, a także powodować nieprzyjemny hałas.
Gdy ciśnienie gorącej wody pod ciśnieniem spada poprzez dławienie (takie jak zawory regulacji przepływu), odparowanie błyskawiczne jest szczególnie powszechne w systemach ciepłej wody (systemy pomp zasilających). Spadek ciśnienia powoduje nagłe odparowanie cieczy, tj. odparowanie błyskawiczne, co powoduje hałas podobny do kawitacji. Aby uniknąć odparowania błyskawicznego po dławieniu, należy zapewnić wystarczające ciśnienie wsteczne. Z drugiej strony, dławienie powinno być stosowane na końcu rurociągu, aby rozproszyć energię odparowania błyskawicznego w większej przestrzeni.