زیاد طول کشیده است؟ صفحه بارگذاری را ببندید.

ارتعاشات حاصل از نیروهای هیدرولیکی و آیرودینامیکی (Hydraulic and aerodynamic)

0

میزان قابل‌توجهی از منابع پيدايش ارتعاش ماشین، به دليل عبور جريان سيال است.

مؤلفه نيروهاي سيال عبوري از هر مانعی در سيال، به دليل نامتعادل بودن و ناپايداري جريان روي آن مانع، ارتعاش ايجاد می‌کنند.

جريان سيال علاوه بر اينکه با توليد نيرو، ارتعاش ايجاد می­کند؛مي­تواند مؤلفه‌های پاسخ سيستم را نيز تغيير دهد.

به‌عنوان‌مثال جرم سيال سبب کاهش فرکانس طبيعي و افزايش ميرایي سيستم مي‌شود.

يک جريان مغشوش روي جسم فشارهاي تصادفي ايجاد می‌کند. اين فشار مغشوش پاسخ تصادفي را به وجود می‌آورد.

کاويتاسيون، سرج (Surge)، ضربه قوچ و ارتعاش احتراقی در توربین گاز، مصادیقی از ارتعاشات حاصل از نیروی نیروهای هیدرولیکی و آیرودینامیکی سیال است.

همچنین این نوع ارتعاشات معمولاً در پمپ­‌ها، فن‌ها و کمپرسورهای گریز از مرکز نیز اتفاق می‌افتد.

وقتی ضربات سیال یکسان نباشند، نیروي تولیدشده یکسان نبوده و نابالانسی هیدرولیکی حادث خواهد شد.

در این حالت اعمال نیروهای هیدرولیکی و آیرودینامیکی سیال روی پروانه ماشین باعث تحریک و ارتعاش ماشین می­‌شود.

در این قسمت با ارائه یک مثال واقعی به تحلیل رفتار ارتعاشی ماشین ها به علت نیروهای هیدرولیکی و آیرودینامیکی می‌­پردازیم.

مثال واقعی: ارتعاشات پمپ آب تغذيه بویلر (Boier Feed Water Pump)

پمپ آب تغذیه بويلر در یک نیروگاه بخار که تصويري از آن‌ در شکل زیر آمده، دچار ارتعـاش بـالا از ناحيـه سـر آزاد در فرکانس ۱Xو در جهت افقي بود.

اين ارتعاش فقط در بارهاي حداکثر اتفاق می‌افتاد و در بارهای پایین‌، وضعيت ارتعاشی کاملاً نرمال بود.

ارتعاشات حاصل از نیروهای هیدرولیکی و آیرودینامیکی
 پمپ آب تغذيه بويلر نيروگاه بخار

در طي اورهال پمپ هم‌زمان با اورهال کلي واحد (تعميرات اساسي)، اشکالاتي در پمپ مـشاهده شد و همـه آن‌ها برطـرف شدند.

يکي از پروانه‌های پمپ نيز دچار ترک بود که با يک پروانه جديد بالانس شده، تعويض شد.

استارت پمپ پس از اتمـام اورهال و بارگيري از آن، مشخص ساخت که وضعيت ارتعاشات بدتر شده و از حدود ۵mm/s قبل از اورهال به حدود ۱۰mm/s رسيده است.

چندين مرتبه چک و تنظيم مجدد ياتاقان­‌هـاي پمـپ کـه از نـوع بـابيتي هستند، نتیجه‌ای در پي نداشت.

اگر چه مشخصه­‌هاي ارتعاشي مشاهده شده و رفتار ارتعاشي شباهتي بـه نـاميزاني جرمـي نداشت، اما از آنجايي­که پروانه تعويض شده به تنهايي بالانس شده بود، در اولين فرصـت ممکـن مجـدداً پمـپ اورهـال شـده و مجموعه روتور آن (مشتمل بر شفت، شش عدد پروانه و ساير متعلقات) براي بالانس به کارگـاه بـالانس ارسـال شد.

اما پس از نصب مجدد، وضعيت تغييري نکرد و مشخص شد اشکال از ناميزاني جرمي نیست.

با توجه به رفتار ارتعاشي متفاوت پمپ در شرايط کاري مختلف، اشکال از نوع هيدروديناميکي يا ارتعاش ناشي از جريان سيال بـه عنـوان علـت احتمالي مطرح شد.

به همین خاطر فرم مخصوصي براي جمع‌آوری اطلاعات کاملي از پارامترهای فرآيندي تهیه‌ و هم‌زمان بـا اندازه‌گیری ارتعاشات، فرم نيز تکميل گردید.

ارزيابي نتايج به‌دست‌آمده، غيرعادي بودن فشار سيستم بـالانس هيـدروليکي پمپ موردنظر را نشان می‌داد؛ پس احتمال وجود اشکال از اين ناحيه پررنگ‌تر گردید.

سيستم بـالانس هيـدروليکي به‌صورت هيدروليکي و منطبق با شرايط کاري پمپ، نيروهاي محوري وارده به روتور را جبران می‌کند تا بار کمتري به ياتاقان­هاي تراست وارد شود.

يکي از تکنـسين­‌هاي واحـد تعميـرات، موضوع خرابي o-ringهاي مربوط به سيستم بالانس را عنوان کرد و پس از اورهال پمپ، معلوم شد که اين حدس صحيح بوده و o-ring ها بکلي از بين رفته و قابليت آب­بندي خود را از دست داده‌اند.

ايـن o-ring ها مـسير ورود آب از پـشت سيستم بالانس به ساکشن پمپ را آب‌­بندي می‌کنند.

لذا با از بين رفتن آن‌ها، سيال با دبي و فشار قابل‌ملاحظه در ناحیه‌ای که نبايد جريان داشته باشد، جريان پيدا کرده و منجر به برهم خوردن توازن نيروهاي هيدروديناميکي شده است.

نتيجه ايـن امـر، وارد آمدن نيروهاي غيرعادي به روتور و ارتعاش آن می‌باشد.

شـماتيک ايـن سيـستم و محـل عيـب و تـصاوير آن را در شکل زیر می‌بینید.

ارتعاشات حاصل از نیروهای هیدرولیکی و آیرودینامیکی
 شماتيک سيستم بالانس هيدروليکي
(محل عيب با دايره مشخص‌شده است)
ارتعاشات حاصل از نیروهای هیدرولیکی و آیرودینامیکی
محلo-ring ها (راست) ساييدگي ناشي از جريان آب (چپ)

پس از برطرف نمودن این عیوب و استارت پمپ، ارتعاشات کاهش یافت و بـه سطح کاملاً نرمال رسید.

شکل زیر سابقه ارتعاشات اين پمپ را نشان می‌دهد.

ناحيه اول مربوط به اندازه‌گیری‌های قبـل از اولين اورهال است.

بیشترین مقدار ارتعاشات، در بار حداکثر، حدود ۵mm/s و در بار حداقل، حدود ۱mm/s است.

ناحيـه دوم زمـان بعـد از اورهال است که حداکثر ارتعاش حدود ۱۰mm/s و حداقل آن حدود ۱٫۵mm/s اسـت.

ناحيـه سوم ارتعاشـات بعـد از حـل مشکل را نشان می‌دهد که هم در بار حداکثر و هم در بار حداقل، حدود ۲٫۷mm/s می‌باشد.

ملاحظه می‌کنید که پس از رفع ريشه اصلي عيب، حساسيت رفتار ديناميکي پمپ نسبت به تغيير شرايط کارکردي به شـکل قابـل ملاحظه‌ای کـاهش پيدا کرده و پايداري افزايش يافته است.

ارتعاشات حاصل از نیروهای هیدرولیکی و آیرودینامیکی
منحني ارتعاشات کلي سر آزاد پمپ در جهت افقي بر حسب زمان

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.