Шум насоса всегда был головной болью для клиентов. Независимо от того, вызван ли он неисправностью или собственным шумом самого насоса, я считаю, что многие клиенты столкнутся с этими проблемами при использовании насоса. Сегодня Лютзе объяснит вам распространенные источники шума насоса.
Механический шум возникает из-за вибрирующих компонентов или поверхностей, которые производят слышимые колебания давления в смежных средах. Например, поршни, несбалансированные вибрации, вызванные вращением, и вибрирующие стенки труб.
В насосах объемного типа шум обычно связан со скоростью насоса и количеством поршней в насосе. Пульсация жидкости является основным механическим шумом, и наоборот, эти пульсации также могут возбуждать механические вибрации в компонентах насосной и трубопроводной системы. Неправильные балансировочные грузики коленчатого вала также могут вызывать вибрацию в соответствии со скоростью вращения, что может ослабить фундаментные болты и вызвать стук фундамента или направляющей. Другие шумы связаны со звуком изношенных шатунов, изношенных поршневых пальцев или ударов поршня.
В центробежных насосах неправильно установленные муфты часто производят шум (несоосность) при скорости насоса в два раза больше. Если скорость насоса приближается или превышает критическую скорость уровня, может возникнуть сильная вибрация, вызванная дисбалансом или шумом, создаваемым износом подшипника, уплотнения или рабочего колеса. Если происходит износ, его характеристикой может быть излучение высокочастотных свистящих звуков. Вентиляторы электродвигателя, шпонки вала и болты муфты могут производить шум зазора.
Жидкий источник шума
Когда колебания давления напрямую генерируются движением жидкости, источник шума пропорционален динамике жидкости. Возможные источники энергии жидкости включают турбулентность, разделение потока жидкости (вихревое состояние), кавитацию, гидравлический удар, мгновенное испарение и взаимодействие между углом разделения рабочего колеса и насоса. Вызванные пульсации давления и потока могут быть как периодическими, так и широкополосными по частоте и, как правило, могут возбуждать механические вибрации в трубопроводах или самих насосах. Затем механические вибрации могут рассеивать шум в окружающую среду.
Обычно в жидкостных насосах встречаются четыре типа источников пульсации:
(1) Дискретные частотные компоненты, генерируемые рабочим колесом или поршнем насоса
(2) Широкополосная энергия турбулентности, вызванная высокой скоростью потока
(3) Прерывистые колебания широкополосного шума, вызванные кавитацией, мгновенным испарением и гидравлическим ударом, представляют собой ударный шум.
(4) При прохождении потока жидкости через препятствия и боковые притоки трубопроводной системы периодические вихри могут вызывать пульсации потока, что может привести к вторичным изменениям спектра потока или колебаниям давления в центробежном насосе.
Это особенно актуально при работе в условиях непроектного потока. Числа, показанные на линии тока, указывают на расположение следующих принципов процесса потока:
Из-за взаимодействия пограничного слоя между высокоскоростными и низкоскоростными областями в поле потока большинство этих нестабильных моделей потока генерируют вихри, например, вызванные потоком жидкости вокруг препятствий или через застойные водные зоны, или двунаправленным потоком. Когда эти вихри ударяются о боковую стенку, они трансформируются в колебания давления и могут вызывать локальные колебания в трубопроводах или компонентах насоса. Акустический отклик трубопроводных систем может сильно влиять на частоту и амплитуду диффузии вихревых токов. Исследования показали, что когда резонанс звука в системе соответствует естественной или предпочтительной частоте источника шума, вихревые токи сильны.
Когда центробежный насос работает с расходом ниже или выше оптимальной эффективности, обычно слышен шум вокруг корпуса насоса. Уровень и частота этого шума варьируются от насоса к насосу в зависимости от уровня напора, создаваемого насосом в это время, соотношения требуемого NPSH к доступному NPSH и степени отклонения жидкости насоса от идеального потока. Когда угол входных направляющих лопаток, рабочего колеса и корпуса (или диффузора) не подходит для фактического расхода, часто возникает шум. Основным источником этого шума также считается рециркуляция.
Прежде чем жидкость потечет через центробежный насос и будет нагнетаться, она должна пройти через область с давлением, не превышающим существующее давление во впускном трубопроводе. Это частично связано с эффектом ускорения жидкости, поступающей во впускное отверстие рабочего колеса, а также с отделением воздушного потока от входных лопаток рабочего колеса. Если расход V превышает расчетный расход и сопутствующий угол лопаток неправильный, образуются высокоскоростные и низконапорные вихри. Если давление жидкости падает до давления испарения, жидкий газ испаряется. Давление внутри канала позже увеличится. Последующий взрыв вызывает шум, обычно известный как кавитация. Обычно разрыв воздушных карманов на стороне без давления лопаток рабочего колеса не только вызывает шум, но и представляет серьезную опасность (коррозия лопаток).
Уровень шума, измеренный на корпусе насоса мощностью 8000 л.с. (5970 кВт) и вблизи впускного трубопровода во время кавитации.
Генерация кавитации может возбуждать широкополосные удары многих частот; Однако в этом случае доминирует общая частота лопастей (количество лопастей рабочего колеса, умноженное на количество оборотов в секунду) и ее кратные. Этот тип кавитационного шума обычно производит очень высокочастотный шум, лучше всего называемый «взрывным шумом».
Шум кавитации также может быть слышен, когда расход ниже расчетного или даже когда доступный входной NPSH превышает NPSH, требуемый насосом, что является весьма загадочной проблемой. Объяснение, предложенное Фрейзером, предполагает, что этот очень низкочастотный, но высокоинтенсивный шум возникает из-за обратного потока на входе или выходе рабочего колеса или в двух местах, и каждый центробежный насос испытывает эту рециркуляцию при определенном условии снижения расхода. Работа в условиях рециркуляции повреждает вход и выход лопаток рабочего колеса (а также сторону давления направляющих лопаток корпуса). Увеличение громкости импульсного шума, нерегулярный шум и увеличение пульсации входного и выходного давления при снижении расхода могут служить доказательством рециркуляции.
Автоматические регуляторы давления или клапаны управления потоком могут генерировать шум, связанный как с турбулентностью, так и с разделением воздушного потока. Когда эти клапаны работают при сильном падении давления, они имеют высокие скорости потока, которые создают значительную турбулентность. Хотя спектр генерируемого шума очень широкополосный, его характеристики сосредоточены вокруг частоты с соответствующим числом Струхаля приблизительно 0.2.
Кавитация и мгновенное испарение
Для многих систем перекачки жидкостей обычно наблюдается некоторое мгновенное испарение и кавитация, связанные с клапанами регулирования давления в насосе или системе доставки. Из-за значительной потери потока, вызванной дросселированием, более высокие скорости потока приводят к более серьезной кавитации.
В линии всасывания насоса объемного действия поршень может генерировать высокоамплитудные пульсации и усиливаться акустическими характеристиками системы, заставляя динамическое давление периодически достигать давления испарения жидкости, даже если статическое давление на всасывающем отверстии может быть больше этого давления. Когда циркуляционное давление увеличивается, пузырьки лопаются, производя шум и воздействуя на систему, что может привести к коррозии, а также производить неприятный шум.
Когда давление горячей воды под давлением уменьшается из-за дросселирования (например, клапанов управления потоком), мгновенное испарение особенно распространено в системах горячего водоснабжения (системах с насосами подачи). Уменьшение давления приводит к внезапному испарению жидкости, т. е. мгновенному испарению, что приводит к шуму, похожему на кавитацию. Чтобы избежать мгновенного испарения после дросселирования, следует обеспечить достаточное противодавление. С другой стороны, дросселирование следует применять в конце трубопровода, чтобы рассеять энергию мгновенного испарения в большем пространстве.