Гидродинамическая неуравновешенность.

Ротор насоса, механически уравновешенный, при работе насоса может оказаться гидродинамически неуравновешенным. Это происходит, например, при нарушении технологии изготовления: когда рабочее колесо изготовлено недостаточно точно и различается по шагу и углу между лопастями, по длине, толщине и углам установки лопастей или при их эксплуатационном износе. Различие в размерах межлопастных каналов рабочего колеса приводит к различному заполнению их жидкостью и, как следствие, к несовпадению центра массы жидкости, заполняющей колесо, с осью вращения ротора. При этом неуравновешенные силы, обычно небольшие, действующие на отдельные лопасти рабочего колеса, приводят к вибрации на частоте вращения ротора. Этот эффект усиливается при кавитации из —з а появления газовой фазы в кавернах, возникающих у входных кромок лопастей рабочего колеса. Оценка гидродинамической неуравновешенности рабочих колес различных типов насосов свидетельствует, что она выше у литых колес.

Диагностические признаки гидродинамической неуравновешенности при спектральном анализе совпадают с признаками дисбаланса ротора, однако силы ее вызывающие существенно меньше, в силу чего на практике гидродинамическая неуравновешенность ротора обнаруживаются крайне редко: только когда ротор отбалансирован с высокой степенью точности. Измеряя фазу вибрации на частоте вращения ротора относительно метки на вале молено определить дефектное место рабочего колеса (лопасть).

В тоже время гидродинамическая неуравновешенность в отличие от механической создает на входе и выходе рабочего колеса периодически пульсирующий с частотой вращения ротора поток (даже при отсутствии кавитации), т.е. спектр огибающей высокочастотной случайной вибрации может содержать составляющую на частоте вращения ротора, а глубина модуляции высокочастотной вибрации может соответствовать общему вкладу гидродинамической неуравновешенности ротора.

Кавитация

Специфический источник колебаний насоса — кавитация, возникающая при местном понижении давления в тех областях потока где скорость ее достигает максимального значения, т.е. при обтекании тел или в районе ядер вихрей.

Кавитация в насосе может возникнуть по следующим причинам: отличие режимов работы насоса от номинального, особенно когда усиливается влияние вихреобразования; флуктуации скоростей потока; дефекты изготовления лопастей и монтажа рабочего колес, износ лопастей и др.

По мере развития процесса, различают четыре стадии кавитации: газовую фазу, парогазовую фазу, паровую фазу и срывную фазу.

В начальной стадии кавитация обычно возникает в области рабочего колеса, затем распространяется на всасывающий патрубок и в развитом режиме может появиться в области кромок нагнетающего патрубка. На практике наиболее часто встречается газовая фаза кавитации.

Вибрация при кавитации носит случайный характер, составляющие случайные колебания лежат в области средних и высоких частот и могут быть велики по значению. Обычно максимум широкополосной вибрации находится в зоне 500...10000 Гц, причем, по мере развития кавитационного процесса, смещается в зону высоких частот. При совпадении собственных частот колебаний рабочих лопастей или деталей насоса с частотами колебаний, возникающих при кавитации, особенно при малых подачах, возможно появление интенсивных автоколебаний лопаток и даже ротора, обвязки и корпуса, что чрезвычайно опасно и может привести к быстрому разрушению насоса, однако, такие ситуации встречаются крайне редко.

На рис. 12—10 приведен спектр виброскорости, измеренный на корпусе насоса в районе входного патрубка при газовой фазе кавитации. Можно видеть, что максимум широкополосной вибрации находится в зоне 700... 1200 Гц

При больших расходах наличие интенсивных вихрей в отводах и колесе способствует тому, что давление в вихревых областях понижается, способствуя возникновению кавитационных процессов. При малых расходах наблюдается неоднородная работа межлопаточных каналов колеса (сопровождающаяся колебаниями на лопастных частотах), что также может приводить к кавитационным процессам и соответствующей вибрации.

В областях подач близких к нулевым , наряду с лопаточной частотой, сильно возрастает низкочастотная вибрация (см. рис. 12—11), которая крайне опасна. Инфразвуковые колебания часто вызывают резонансы крупных частей и деталей агрегата, быстро разрушающие агрегат в целом.

(см. рис. 12— 12).

,

см. также неоднородность потока в рабочей части и гидродинамическая неуравновешенность).