Шумы и вибрации центробежных насосов

Бытовые центробежные насосы (ЦН) - приборы, широко распространенные в засушливых регионах, кроме того центробежные насосы используются в большинстве стиральных машин, поэтому, учитывая близкий характер генерации шумов и вибрации вентиляторами, рассмотрим виброактивность ЦН.

В ЦН возникают шумы и вибрации механического и гидродинамического характера. Источниками гидродинамических возмущений являются: турбулентные пульсации давления в пристеночном слое, как правило не определяющие уровень вибрации корпуса насоса. Спектр пульсаций содержит случайные составляющие с максимумом в диапазоне 2-5 кГц в зависимости от конструкции насоса и скорости потока.

Вихреобразование в потоке может наблюдаться на кромках всасывающего патрубка, на входе в рабочее колесо, на внешних кромках рабочих лопастей и на кромках нагнетающего патрубка. Уровень пульсаций давления Р приблизительно можно оценить по выражению:

, (4.15)

где V_n - скорость потока жидкости;

r - плотность жидкости;

С_В - скорость звука в жидкости.

Спектр вибрации содержит случайные составляющие с максимальным уровнем на частотах от 1 до 5 кГц в зависимости от скорости потока и конструктивных особенностей насоса.

Гидродинамическая неуравновешенность рабочего колеса насоса появляется в результате дефектов его изготовления или износа и проявляется в том, что объемы жидкости, вращающиеся вместе с рабочим колесом, оказывается различными в разных межлопастных каналах. В результате на рабочее колесо действуют центробежные силы, увеличивающие вибрацию насоса на частоте вращения рабочего колеса.

Гидродинамические возмущения, определяемые взаимодействием неоднородностей потока на выходе из рабочего колеса с языком спирали и появлением импульсов выравнивания давления в нагнетающем патрубке, создают вибрацию насоса на лопастной частоте и ее гармониках. Уровень этой вибрации также как и у вентиляторов зависит от конструкции насоса и окружной скорости колеса.

К основным источникам вибрации насосов, при отклонении от номинальных режимов работы относят различные формы кавитации. При переходе от безкавитационной работы насоса в режиме газовой кавитации резко возрастает вибрация корпуса. Сначала кавитация возникает в области рабочего колеса, затем распространяется на всасывающий патрубок, и в режиме развитой кавитации возникает в области кромок нагнетающего патрубка. При работе насоса в кавитационных режимах резко возрастает эрозионный износ элементов потокообразования, что может вызвать аварийную поломку, например рабочего колеса. В бытовых ЦН в основном встречаются газовая кавитация порождающая случайные составляющие вибрации в области частот от 1 до 10 кГц. Уровни вибрации насоса, создаваемые кавитацией жидкости, пропорциональны шестой - седьмой степени окружной скорости рабочего колеса при начальной кавитации и третьей степени при развитой. Спектры огибающей вибрации ЦН изображены на рис.4.6.

Рис. 4.6. Спектр огибающей вибрации центробежного насоса на корпусе: 1 - при статическом эксцентриситете; 2 - при динамическом эксцентриситете;

3 - при зарождении кавитации на рабочем колесе.

Заключение.

Методика виброакустического диагностирования любого оборудования, в том числе и БМП, включает группу последовательных задач, а именно:

- описание объекта диагностики минимальной совокупностью параметров состояния;

- установление количественной связи между параметрами состояния и диагностическими параметрами при диагностике состояний;

- выявление наиболее чувствительных к распространенным дефектам диагностических параметров;

- определение пределов изменения параметров состояния и сигнала;

- деление множества состояний на классы.

Одновременно решаются задачи измерения диагностических параметров, создания необходимых систем диагностирования.

На этапе описания объекта диагностики целесообразно представлять его графом причинно-следственных связей. Такое представление позволяет в общем виде установить связь между функциональными и структурными параметрами, их внешними признаками, а, следовательно между состояниями и диагностическими сигналами. Множество состояний при этом определяется дефектами и неисправностями узлов объекта.

Для примера на рис. 4.7. приведен граф причинно-следственных связей типового асинхронного электродвигателя. На первом уровне графа показаны основные узлы двигателя, на втором - основные параметры, определяющие надежность и ресурс этих узлов. Третий уровень отражает основные дефекты и неисправности двигателя, приводящие к отказам. На последнем уровне представлены основные диагностические сигналы.

Рис. 4.7. Виброакустическая граф-модель асинхронного короткозамкнутого ЭД:

1 - электродвигатель;

2-1 - обмотка;

2-2 - активное железо статора;

2-3 - корпус статора;

2-4 - подшипниковые щиты;

2-5 - подшипники;

2-6 - обмотка ротора;

2-7 - ротор с валом и активным железом;

2-8 - вентилятор;

3-1 - параметры изоляции;

3-2 - симметрия обмотки;

3-3 - плотность опресовки;

3-4 - размеры и форма расточки;

3-5 - качество сборки;

3-6 - размеры посадочных мест;

3-7 - качество посадки;

3-8 - геометрия тел и поверхностей качения, смазка;

3-9 - радиальный зазор;

3-10 - симметрия обмотки;

3-11 - уравновешенность;

3-12 - размеры и форма бочки ротора;

3-13 - форма оси вала;

3-14 - плотность опресовки;

3-15 - уравновешенность;

3-16 - качество сборки;

4-1 - ухудшение изоляции;

4-2 - обрыв замыкания;

4-3 - ослабление опрессовки;

4-4 - статический эксцентриситет;

4-5 - изменение формы колец;

4-6 - увеличение зазоров;

4-7 - обрыв, замыкание;

4-8 - неуравновешенность;

4-9 - динамический эксцентриситет;

4-10 - ослабление опрессовки;

4-11 - ослабление посадки на валу;

5-1 - сопротивление изоляции;

5-2 - ток статора;

5-3 - вибрация;

5-4 – температура.

Сигнал вибрации таких двигателей отражает состояние почти всех элементов. Так с учетом неоднозначного соответствия между состояниями и динамическими сигналами, в изменении тока статора отражается около 16% всех дефектов; температуры перегрева 20%, вибрации 80%. А значит, сигнал вибрации является основным при технической диагностики асинхронных ЭД.

Выбирать диагностические признаки необходимо так, чтобы дефект оказывал сильное влияние на значение диагностического параметра при слабом влиянии на него внешних условий и режимов работы машины. Желательно обеспечивать возможность идентификации дефектов, т.к. каждый дефект по своему влияет на ресурс машины.

Наибольшую сложность в диагностике приводов БМП представляют подшипники. Наиболее универсальным диагностическим признаком, используемым для обнаружения дефектов сборки и износа подшипников, является амплитудная модуляция высокочастотной случайной вибрации подшипникового узла.

Приложение .

Поиск по сайту: