центробежный или вибрационный, внутренний или внешний

Частные дома, удаленные от города, чаще всего не подключены к системе водоснабжения. Единственным выходом в такой ситуации становится обустройство колодца или скважины. Но чтобы вода поступала в дом, необходима установка насоса. По конструкции они могут быть погружными и поверхностными, но каждый из них имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому крайне важно знать, какой насос лучше для скважины выбрать.

Внутренний или внешний

Поверхностные устройства предназначены для колодцев и скважин с небольшой глубиной. До поверхности воды не должно быть больше 8-9 м. Для скважин с большей глубиной устанавливаются погружные насосы, поэтому по-другому их называют ещё глубинными.

Поверхностные устройства ставятся снаружи скважины. Благодаря чему их легко и удобно обслуживать. Часто их устанавливают вместе с аккумулирующим бачком для стабилизации давления в системе. Но из-за того что поверхностный насос работает вне скважины, он издаёт много шума, а также занимает место. В итоге необходимо обустраивать для него площадь и сооружать постройку для поглощения звуков. Так как насос находится вне воды, его двигатель не охлаждается ей.

Схема расположения внутреннего и внешнего насоса для скважины

Погружные устройства делятся на несколько видов:

• вихревые;
• винтовые;
• вибрационные;
• центробежные.

Вихревые насосы имеют одно рабочее колесо. Оно втягивает воду во внутреннюю часть и выталкивает во внешнюю, за счёт чего и появляется вихрь. В момент прохождения воды через колесо увеличивается её скорость и давление. Конструкция этих насосов проста, поэтому они имеют невысокую цену. Но из-за этого у них низкий КПД и они неспособны работать с жидкостями, в которых есть песок или другие подобные примеси, так как это приводит к быстрому износу устройства.

Вихревые насосы рекомендуется использовать для скважин с низким дебитом или когда требуется малая подача воды.

Устройство вихревого насоса

Основным рабочим элементом винтового устройства является винт (шнек). Вода, попадая внутрь насоса, постепенно нагнетается шнеком, в итоге появляется напор и жидкость вытесняется наружу. Так же как и вихревое устройство, винтовой имеет простую конструкцию и невысокую цену. Рекомендуется к использованию в скважинах с низким дебитом. Но по сравнению с вихревым насосом, винтовой более устойчив к примесям в воде.

Схема устройства винтового насоса

Вибрационный или центробежный

Вибрационное устройство способно выкачивать воду из скважин глубиной до 40 м. Имеют простую конструкцию и сравнительно небольшую цену. Вибрационный насос не требует постоянного техобслуживания, и имеет небольшой вес и габариты. Но он неспособен работать длительное время, а также может выдавать недостаточно сильный напор. Самый главный недостаток – из-за вибрации разрушаются стенки скважины, и она постепенно засыпается.

Схема устройства вибрационного насоса

Центробежный насос в отличие от вибрационного, работает без ущерба для стен скважины и не издаёт шума. Также существует большой выбор устройств этого типа с разными характеристиками.

Рабочее колесо центробежного насоса состоит из переднего и заднего дисков, а между ними находятся лопасти, направленные в противоположную сторону его движения. Именно от количества этих колёс и зависит высота напора, чем их больше, тем он выше. Поэтому центробежные насосы имеют разную высоту.

Обратите внимание! В отличие от всех предыдущих устройств, центробежные насосы способны работать длительное время, а также они более энергоэффективны.

Принцип работы центробежного насоса

Лучшие погружные насосы

Водолей БЦПЭ 0,5-32У

Характеристики устройства:

• вес – 11 кг;
• напор – 47 м;
• номинальная мощность – 820 Вт.

Насос может работать только с чистой водой и температурой до +35°С. Устанавливается вертикально, диаметр выходного отверстия 1″. Дополнительно устройство оснащено защитой от перегрева и плавным пуском. Погружной насос Водолей БЦПЭ 0,5-32У работает бесшумно и имеет длинный кабель. Верхняя крышка сделана из металла, а не пластика как у многих других устройств. Пусковой конденсатор выносной и находится в коробке. В случае поломки его можно заменить.

К недостаткам насоса относят зависимость от напряжения в сети, поэтому рекомендуется дополнительно установить стабилизатор напряжения. Так как в случае его снижения, уменьшается напор.

Судя по отзывам пользователей, погружной насос Водолей БЦПЭ 0,5-32У надёжное устройство и способно работать длительный срок.

Grundfos SQ 2-55

Характеристики насоса:

• вес – 5,2 кг;
• напор – 68 м;
• номинальная мощность – 1020 Вт.

Устройство рекомендуется использовать для выкачивания чистой воды без примесей. Диаметр выходного отверстия 1 «.  Длина кабеля – 1,5 м. Насос можно устанавливать как в горизонтальном, так в вертикальном положении. Помимо плавного пуска и защиты от перегрева, имеется функция контроля за уровнем воды. Двигатель работает так же, как и у предыдущего устройства, бесшумно.

Насос Grundfos SQ 2-55 произведён в Дании, поэтому имеет высокое качество всех деталей и надёжен в эксплуатации. Единственный недостаток – очень короткий кабель.

Джилекс Водомет ПРОФ 55/75 Дом

Параметры устройства:

• глубина погружения – 30 м;
• напор – 75 м;
• потребляемая мощность – 880 Вт;
• есть защита от перегрева.

Диаметр выходного отверстия 1″, длина кабеля – 30 м. Устанавливать насос можно только в вертикальном положении. В комплекте с насосом идет запорная арматура, панель управления и гидроаккумулятор.

Насос Джилекс Водомет ПРОФ 55/75 Дом работает бесшумно и отлично держит напор. Управление панелью простое и интуитивное.

Беламос TF3-150

Параметры устройства:

• глубина погружения – 80 м;
• напор – 150 м;
• потребляемая мощность – 1600 Вт.

Диаметр выходного отверстия 1 «.  Длина кабеля равна 80 м. Монтируется устройство только в вертикальном положении.

Насос Беламос TF 3-150 может качать воду, содержащую не более 180 гр в м

3 песка. Выдаёт постоянный и стабильный напор.

Лучшие поверхностные насосы

Marina CAM 80/PA

Технические характеристики поверхностного насоса:

• глубина всасывания 8 м;
• напор – 42 м;
• вес – 7,2 кг.

Устройство Marina CAM 80/PA работает бесшумно и дополнительно оснащено датчиком контроля воды. Монтаж проводится только в горизонтальном положении. Диаметр отверстия — 1″.

Насос Marina CAM 80/PA выдает стабильный напор.

Обратите внимание! Среди пользователей он нередко используется для выкачивания первоначальной воды из скважины с большим содержанием примесей.

Grundfos MQ3-35

Максимальный напор устройства 33,8 м, глубина всасывания не более 8 м. Насос устанавливается горизонтально и весит около 13 кг. Оснащен датчиком, контролирующим уровень воды, защитой от перегрева, а также дополнительной функцией повышения давления.

Большинство пользователей довольно этой моделью, так как она не требует обслуживания длительное время и выдаёт постоянный и стабильный напор.

Основные недостатки – это короткий шнур длиной 2 м и большой вес. Устройство издает больше шума, чем указано производителем. Рекомендуется для выкачивания только чистой воды, без примесей, так как иначе детали изнашиваются в течение одного или двух лет, что приводит к поломке насоса.

Джилекс Джамбо

Модель 70/50 Ч-24 устанавливается в горизонтальном положении. Максимальный напор составляет 45 м. Длина шнура 1,5 м. Устройство оснащено гидробаком объёмом 24 л и полностью автоматизировано. Корпус выполнен из чугуна и имеет маленькие размеры. Возможна настройка давления. Все детали и соединения выполнены качественно и без люфтов.

Главный недостаток модели 70/50 Ч-24 Джилекс Джамбо – насос не имеет защиты от работы всухую, а также короткий кабель.

Вихрь ПН-1100Н

Центробежный насос этой модели предназначен для монтажа в горизонтальном положении. Максимальный выдаваемый им напор 50 м, глубина всасывания 9 м. Двигатель работает тихо, корпус выполнен из нержавеющей стали и имеет лёгкий вес. Насос рекомендуется для использования только с чистой водой.

Во время работы насоса нужно следить, чтобы он не работал всухую, так как устройство не укомплектовано датчиком контроля за водой.

Wilo PW-175EA

Максимальный выдаваемый напор этим насосом равен 35 м при глубине всасывания 8 м. Так же как и предыдущий модели поверхностного устройства, устанавливается горизонтально. Насос Wilo PW-175EA оснащён датчиками от перегрева и имеет компактные размеры. Потребляемая мощность 125 Вт. Устройство собрано надёжно и качественно, работает тихо.

Единственный недостаток, выявленный пользователями, – после длительного простоя, возможно, потребуется подтолкнуть крыльчатку для первого запуска (отвёрткой).

NeoClima GP 600/20 N

Насос может работать с глубиной всасывания до 8 м. Максимальный выдаваемый им напор – 35 м. Потребляемая мощность составляет 600 Вт. Устройство оснащено функцией от перегрева. Укомплектован гидробачком с объёмом 20 л. Рекомендуется для выкачивания только чистой воды.

Корпус насоса сделан из нержавейки. Двигатель работает бесшумно.

Обратите внимание! Хотя устройство и произведено в Китае, все детали выполнены и соединены качественно.

Судя по отзывам пользователей, возможно, потребуется регулировка реле давления, иначе насос не будет отключаться.

Рекомендации по выбору

Выбирая насос, следует отдать предпочтение устройствам со стальным или чугунным корпусом, так как они более долговечны. Чтобы прибор не сломался от скачков напряжения в электрической сети, рекомендуется установить защиту от перепадов. Чтобы рабочие элементы не изнашивались слишком быстро, следует поставить фильтры.

Для защиты насоса от перегрева и работы всухую лучше установить датчики, если он ими заранее не укомплектован. Рассчитывая мощность, следует выбрать прибор на 20% мощнее, чтобы он постоянно не работал при максимальных нагрузках, так как это быстро приведёт к его поломке.

Страница не найдена

Гидроизоляция

Бассейны можно без преувеличения отнести к объектам высокой сложности из-за того, что данные гидротехнические

Водоснабжение

В автономной системе горячего водоснабжения (ГВС) часто используется циркуляционный насос. Если источником тепла является

Батареи и радиаторы

Кран Маевского, строго говоря, радиаторный игольчатый воздушный клапан, предназначен для спуска воздуха из системы

Газовое отопление

Отопление частного дома газовыми баллонами – вынужденная мера в случае отсутствия магистрального газопровода. Такой

Теплый пол

Характерной чертой систем теплых полов является высокая теплоотдача: тепло не должно расходоваться неэффективно. С

Гидроизоляция

Техноэласт ЭПП является высококачественным эластичным гидроизолирующем подкладочным материалом. Он отличается высокими показателями прочности, надежностью,

Страница не найдена

Котлы отопления

Во время поиска самого лучшего твердотопливного котла, по крайней мере, отвечающего всем требованиям конкретного

Канализация

Комфортная и приятная дачная жизнь невозможна без тех удобств, к которым привыкли городские жители.

Системы отопления

Вопрос отопления для владельцев коттеджей и загородных домов всегда оставался актуальным, особенно при проживании

Газовое отопление

Во многих домах используются газовые колонки и очень часто возникают различные проблемы и неполадки

Канализация

Иметь загородный дом или хотя бы небольшой дачный участок, несомненно, хорошо. Это обогащает нашу

Водоснабжение

Как правильно определить оптимальный источник и набор оборудования для организации системы водоснабжения в частном

Погружной насос для скважины. Какой лучше выбрать?

КПД  такого насоса меньше чем у центробежного,  но  и стоимость ниже.

Есть у насосов такого типа один серьезный недостаток, обусловленный его конструкцией. Червяк вращается внутри резиновой втулки и, если в воде присутствуют песчинки, то со временем они истирают эту деталь и насос теряет свою производительность. Поэтому, при покупке винтового насоса поинтересуйтесь у продавца есть ли в наличии запасные части к этой модели.

Центробежные

Среди погружных насосов — центробежные самые эффективные, они могут качать воду с большой глубины и имеют высокую производительность. Именно такой тип насосов устанавливают в артезианские скважины. Аппарат такого типа состоит и двух частей: электродвигателя, который чаще всего расположен снизу и собственно насосной части, внутри которой располагаются несколько рабочих колес с лопастями. При их вращении возникает центробежные силы, которые выталкивают жидкость из центральной части к периферии и далее в напорный патрубок. Чем больше у насоса рабочих колес, тем выше его напор.

Недостатком погружных центробежных насосов является их неспособность перекачивать воду с механическими примесями. При попадании в насос воды с песком рабочие колеса заклинивают.

Когда можно применить поверхностный самовсасывающий насос?

Если погружной насос, находясь в скважине при работе просто выталкивает воду, создавая избыточное давление, то у поверхностного насоса задача сложнее, ведь ему сначала необходимо высосать воду с глубины, и только потом поднять ее на высоту. Всем известно, что атмосферное давление составляет 1013 гПа, что соответствует примерно 10 метрам водного столба. Отсюда ограничение по высоте всасывания поверхностного насоса — больше чем 10 метров даже теоретически на Земле в отличии от Венеры ( там более плотная атмосфера) невозможно. Ведь всосав такой столб воды получаем ноль — вакуум, а давление не может быть меньше 0.

В реальности  поверхностные насосы могут поднять воду с глубины до 8 метров. Хотя нет! Все таки могут. Есть вид самовсасывающих насосов, который способен поднять воду с глубины до 40 метров. В скважину при работе такого насоса идет не одна, а две трубы — одна всасывающая и одна напорная. На глубине монтируется эжектор

Но практически они применяются редко, связано это с высокой их ценой и сложностью монтажа.

Труба, идущая от скважины до всасывающего патрубка насоса, должна быть жёсткой, так как на этом участке создаётся разряжение и при использовании обычного поливочного шланга его просто сплющит. Чаще всего для этой цели применяют трубы ПНД ( полиэтилен низкого давления). На конец трубы, опускаемый в скважину, устанавливают обратный клапан с механическим фильтром. Это нужно для того, чтобы вода из системы водоснабжения после остановки насоса не стекала назад в скважину.

Основные характеристики – диаметр, производительность и напор.

Производительность в литрах в минуту или м куб час и напор в метрах это две основные характеристики погружного насоса. Стоит отметить, что на насосе, как правило, указывают максимальную производительность и напор. Что это значит? Если на насосе указан H max=80 метров, то опустив его на эту глубину мы не дождёмся ничего, так как это максимальная высота на которую насос может поднять воду, при этом её расход  будет близок к нулю.

Тоже самое и с производительностью. Максимальный расход — это количество воды, которое перекачает насос при нулевом подъеме. Допустим, если вы бросите его в бочку с водой. Если же этот насос будет поднимать воду скажем с сорока метров, то его производительность будет существенно меньше.

Поэтому максимальные значения нам особо ничего не дают, а для того чтобы подобрать насос нам понадобиться такое понятие как рабочая точка насоса. У любого насоса есть график зависимости его производительности от высоты подъёма, то есть чем на большую высоту насос поднимает воду, тем меньшее количество он перекачивает. Поэтому подбирая насос нам нужно, чтобы при заданной высоте подъёма он был способен давать столько воды, чтобы удовлетворить максимальную потребность в ней.

Диаметр насоса

Тут все просто — диаметр насоса должен быть меньше, чем диаметр обсадной трубы, иначе он просто не войдет в скважину. Вообще диаметр насоса считают в дюймах (1 дюйм равен 25,4 мм), а это значение, как правило, есть в наименовании его модели.

Например, в модели насоса Aquamotor AR 3SP 3-42  тройка в начале означает, что его диаметр составляет три дюйма, то есть 76 мм.

Диаметр вибрационных насосов типа «Малыш», «Ручеек» и подобных составляет 102 мм за исключением одной модели — Малыш 3, его диаметр 76 мм.

В заключении следует отметить, что диаметр насоса должен быть хотя бы на пару сантиметров меньше диаметра обсадной трубы. Так, если Вы опустили четырех дюймовый насос в скважину 108 мм, то может случиться заклинивание насоса при его извлечении.

Определяемся с производительностью

Для правильного подбора нам необходимо знать две величины. Первое — расход воды в период максимального водоразбора, второе —  необходимый напор, при котором вода будет нормально изливаться в наивысшей точке системы водоснабжения. Начнем с максимального расхода. Он равен сумме расходов со всех санитарных приборов, умноженный на коэффициент неравномерности. Этот коэффициент необходим, так как вероятность включения всех санитарных приборов на максимальный водоразбор крайне мала. Обычно этот коэффициент составляет 0.6-0.8. Максимальное водопотребление каждого санитарного прибора приведено ниже в таблице:

Максимальные расходы воды некоторыми санитарными приборами

Потребитель	Расход л/мин	Расход м3/час	Потребитель	Расход л/мин	Расход м3/час
Умывальник	10	0,6	Стиральная машина	12	0,7
Ванна	18	1,0	Посудомоечная машина	8	0,5
Унитаз	7	0,4	Душевая кабина	12	0,7
Кухонная мойка	12	0,7	Поливочный кран	20	1,2

Пример: Допустим имеем жилой дом, в котором установлены следующие санитарные приборы: 1 умывальник, 1 унитаз, 1 ванная, кухонная мойка, стиральная машина.

Если умывальник и ванна находятся в одной комнате, то умывальник исключаем из расчета, так как представить себе ситуацию когда одновременно эти оба прибора работают с максимальным расходом довольно сложно.

Считаем максимальный водоразбор: 1 м³/час ванна + 0,4 м³/час унитаз + 0,7 м³/час кухонная мойка + 0,7 м³/час стиральная машинка = 2,8 м³/час. Умножаем значение на коэффициент неравномерности 0,6 получаем  примерно 1,7 м³/час — максимальное водопотребление жилого дома.

Конечно расчёт это очень неточный, правильнее ориентироваться на количество проживающих людей, а не на количество санитарных приборов. Ведь в жилом доме с 4 сан узлами, где проживает 2 человека, люди не смогут использовать все сан приборы одновременно. Вообще для жилого дома количеством 3-4 человека хватает производительности 1.5 — 2,0 м³/час.

Но есть одно важное НО!

Если в доме будет стоять водоочистное оборудование, то нужно ориентироваться не только на максимальный расход водопотребления, но и на расход, который позволит правильно промывать станцию водоподготовки. 

Не стоит покупать погружной насос  с большей производительностью, чем способна отдать скважина. Часто можно услышать такое: «Поменял насос в скважине,  взял с запасом по мощности — пошла муть с песком.»

Если насос способен перекачивать больше воды чем дебит скважины, то в лучшем случае он сгорит, а в худшем можно угробить скважину.

Теперь рассчитаем необходимый напор

Он равен сумме динамического уровня скважины (как его определить будет сказано дальше), величине горизонтального участка трубопровода от скважины до дома, делённой на 10, высоты до верхней точки водоразбора, 5 метров напора необходимых для нормального потока воды из крана. Пример:  в жилом доме источником водоснабжения является скважина, динамический уровень которой составляет 20 метров. Скважина находится в 30 метрах от дома. Высота от уровня земли до верхнего смесителя составляет 4 метра. Считаем необходимый напор насоса: 20 метров + 30 метров / 10 + 4 метра + 5 метров= 32 метра.

Таким образом нам нужно подобрать такой насос, чтобы при подъёме на 32 метра его производительность составляла не менее 1,7 м. куб. в час

На какую глубину опускать?

Самый простой ответ таков — взять паспорт скважины и посмотреть там рекомендуемую глубину установки насоса.

А что если этого документа у вас нет, и Вы купили участок с уже пробуренной скважиной?

Тогда для того чтобы ответить на этот вопрос, нужно немного изучить Вашу скважину. Рассмотрим основные характеристики скважин.

Статический уровень — это расстояние по вертикали от поверхности земли до зеркала воды в скважине когда мы из нее не откачиваем воду. Погрузив в скважину насос и включив его, высота столба воды в ней уменьшится. Расстояние  от зеркала воды до уровня земли при работающем насосе и будет являться динамическим уровнем скважины. Измерить его просто, нужно включить насос и дать ему поработать в течении 30 минут, и потом замерить веревкой с грузом на какой глубине располагается зеркало воды при работающем насосе.

Всё, заканчиваем с теорией и возвращаемся к вопросу на какую глубину стоит опускать насос?

В идеале погружной насос должен быть установлен на 1 метр ниже динамического уровня скважины, но на практике делают небольшой запас, его опускают еще ниже на 2 — 3 метра. Дело в том, что уровни скважины могут зависеть от сезона года и может так получиться, что зимой уровень воды в скважине упадёт.

Следует иметь в виду, что чем глубже в воду мы опускаем насос, тем большее давление он испытывает при сильно большом его углублении. Уплотнительные прокладки, защищающие электродвигатель могут не выдержать и вода проникнет к обмоткам электромотора. В паспорте насоса указывается максимальная высота его погружения.

Виды автоматики для погружного насоса

Конечно можно обойтись без автоматики вообще, включил насос в розетку — есть вода, спокойно поливаю огород и наполняю емкость. Выдернул провод — нет воды. Но в большинстве случаев люди хотят большего комфорта, чтобы насос включался автоматически когда вода нужна и выключался при отсутствии водоразбора.

Реле давления и гидроаккумулятор

Такого рода автоматику ставят наиболее часто, она дешёвая и надёжная. Система состоит из нескольких частей — это реле давления, гидроаккумулятор и манометр. Принцип работы прост, реле давление включает скважинный насос при минимально заданном на нем давлении и выключает при максимальном. Гидроаккумулятор содержит небольшой запас воды и играет роль демпфера, без него реле будет включаться и выключаться очень часто и быстро выйдет из строя. Манометр необходим для настройки и контроля давления в системе водоснабжения. Какие у такой системы недостатки? Помимо места которое занимает гидроаккумулятор есть ещё один. Давление в водопроводе постоянно изменяется — плавает. Это ощущается как изменение напора при изливании воды из смесителя или душевой лейки. При разном сопротивлении систем горячего и холодного водоснабжения может меняться и температура смешанной воды. Не совсем приятно, стоя в душе ощущать волны то горячей, то холодной воды.

Применение регулятора давления

При применении регулятора давления не нужен громоздкий гидроаккумулятор и это экономит место. Принцип работы этого механизма немного отличается от реле давления. Регулятор также включает погружной насос по минимальному давлению, но отключает по другому — по потоку. Что это значит? Когда Вы открываете кран давление падает и регулятор включает насос, а выключит он его только тогда, когда через него перестанет идти вода или другими словами когда водоразбор полностью прекратится. Все это прекрасно работает, но есть тут один подводный камень. Насос выключится только тогда, когда накачает в систему такое давление, которое максимально сможет создать. А если это 7 или 8 атмосфер? Смесители, гибкие подводки, водонагреватель могут этого не выдержать. Чтобы не допустить  высокого давления приходится ставить ещё один аппарат — редуктор давления.

Используем частотный преобразователь

Если реле и регулятор давления по сути включают и выключают насос, то частотный преобразователь, являясь сложным электронным прибором, управляет им. Он регулирует мощность насоса в зависимости от Ваших потребностей. Вы просто задаёте частотнику давление, которое ему необходимо поддерживать. Прибор этот дает полный комфорт, у него практически нет недостатков. Есть только один и очень существенный. Цена! Именно по причине высокой стоимости его редко используют в системах бытового водоснабжения.

Что делать, если воды в скважине мало?

Такое иногда бывает. Пробурили скважину, но дебит её настолько мал, что даже вибрационный насос выкачивает всю воду. Какой выход из положения в этом случае? Можно пробовать решать проблему в лоб – установить кран на выходе из скважины и прикрыть его таким образом, чтобы насос качал меньше. Но это приводит к повышенной нагрузке на насос, к тому же уменьшив поток воды, её просто может не хватать. Правильнее пойти по другому пути — установить ёмкость, где будет накапливаться вода. Для того, чтобы насос выключался после того, как выкачает всю воду из скважины, монтируем автоматический блок, называется он регулятор уровня воды. Работает он следующим образом – в скважину опускаются три электрода: общий, верхний и нижний. Когда насос выкачает воду до нижнего уровня, автоматика его выключит, а когда вода наберется до верхнего уровня, насос опять заработает. Такие же три электрода помещаются в накопительный бак. Здесь всё наоборот: когда ёмкость наполнится, блок автоматики выключит насос, а когда опустошится до нижнего уровня, насос включится.  К накопительному баку подключается насосная станция, которая уже непосредственно поддерживает давление в системе водоснабжения дома. Более подробно узнать о методах защиты насоса от работы всухую Вы можете прочитав эту статью.

Оголовок скважины. Нужен ли он?

Скважинный оголовок это устройство предназначенное для герметизации скважины, которое монтируется на обсадную трубу.

Основная его функция — это защита устья скважины от попадания в нее чего-нибудь извне.

Если скважина находится в колодце, а уровень грунтовых вод весной может повыситься настолько, что вода польется в скважину, то ставим оголовок обязательно. Также он может спасти, если мышь решит покончить жизнь самоубийством, прыгнув  в устье скважины. В остальных случаях установка оголовка — по Вашему желанию.

Кроме этого у оголовка есть еще несколько полезных функций: он немного увеличивает производительность скважины за счет того, что во время работы насоса в обсадной трубе создается разрежение воздуха, хотя это создает дополнительную нагрузку на скважинный фильтр.

Наконец оголовок может уберечь скважинный насос от кражи, ведь для его демонтажа и извлечения насоса нужен инструмент.

Надеемся эта статья поможет Вам при покупке скважинного насоса сделать правильный выбор!

Читайте ещё статьи

Какой насос для колодца лучше: вибрационный или центробежный? |

Если на участке находится колодец в полном смысле этого слова – достаточно широкая вертикальная шахта, завершающаяся входом в водоносный слой, то есть смысл использовать для подъёма воды не ведро на журавле или валике с цепью, а вибрационный насос. Такие преспособления бывают поверхностными, и тогда от них можно протянуть ко дну колодца шланг. Он также может быть переносным, его можно принести к колодцу и накачать столько воды, сколько требуется для полива или для домашних нужд. Недостатком его является шумность, достоинством – высокая ремонтопригодность.

В скважинах такими преспособлениями действовать неэффективно, там применяются погружные. Эти глубинные насосы делятся на два класса – вибрационные и центробежные. Достоинство и тех, и других в том, что, находясь внутри скважины, они не производят много шума. Общий недостаток их часто озвучивается дачниками: насос провалился в скважину. Без специалистов аппарат оттуда не достать. А вот если он не отделился от своего крепления, то добыть его для чистки, профилактики и ремонта можно.

Погружные насосы

Насос, поднимающий воду из глубины, может обеспечивать дом. Если скважина неглубока, и вода в ней залегает на уровне менее 15 м, то можно воспользоваться вибрационным. Его достоинство в том, что он дешевле турбинного. Последний же можно использовать и на больших глубинах. Но он стоит дороже, и не заставляет подниматься со дна водоносного слоя ил, а потому вода получается более чистой и не нуждается в механической фильтрации.

Если придётся выбирать глубинный насос на сайте http://benzoman.com.ua, то стоит обратить внимание вот на какой параметр: наличие защиты от сухого хода.

Если у вас нет своей дачи, и вам приходится каждый раз снимать дачный домик с участком, то следует выбрать универсальный погружной, работающий с любыми видами источников.

Итак, подведём итог:

• Каждый насос хорош для своей цели.
• Погружные турбинного типа лучше для больших глубин.
• Для малых глубин подходят вибрационные погружного типа.
• Поверхностные можно выбирать любого типа.
• Для фонтана в искусственном водоёме сгодится маленький вибрационный насос.
• Такой же можно установить для полива, расположив его в искусственном водоёме.

Подавать холодную воду на полив сразу из скважины – губительно для растений: лучше купить отдельный вибрационный насос для водоёма, а турбинным качать из скважины.

Сравнение винтовых и центробежных насосов

Любая автономная система водоснабжения немыслима без применения перекачивающего устройства. В качестве источника на большинстве загородных участков используется скважина. Для нее в основном приобретаются бытовые насосы винтового или центробежного типа. В чем разница между ними, и какую модель стоит выбирать?

В конечном итоге решать придется собственнику, так как, не зная всех особенностей системы водоснабжения, параметров скважины (в том числе, и ее дебита), давать однозначную рекомендацию не возьмется ни один профессионал. Чтобы выбор был осознанным, необходимо разбираться, в чем плюсы и минусы перекачивающих устройств различных типов.

Насосы винтовые

Такие приборы являются аналогами роторных агрегатов. Рабочий элемент в них – винт, оснащенный лопастями. В первом приближении он напоминает шнек мясорубки. При его вращении происходит всасывание воды и подача ее под давлением на выходной патрубок.

Насосы этого типа выпускаются в различных модификациях – с одним винтом, двумя и даже тремя. Но их достоинства и недостатки одинаковы; разница лишь в значениях отдельных характеристик.

Плюсы

• Способность создавать высокий напор.
• Ограничений по глубине скважины практически нет.
• Подача воды даже при минимальном ее уровне. Для скважин, характеризующихся низким дебитом – один из лучших выборов.
• Пульсаций давления в системе из-за работы насоса не будет, так как подача воды осуществляется равномерно, плавно.
• Такие приборы способны перекачивать жидкости недостаточно очищенные, то есть с включениями твердых фракций.
• Бесшумность.
• Поломки винтового насоса крайне редки, так как его устройство очень простое.
• Техническое обслуживание несложное и незатратное.
• Стоимость значительно ниже, чем аналогичных приборов центробежного типа.

Минусы

• Повышенные габариты. Центробежные насосы гораздо компактнее.
• Нет возможности дозирования подаваемого объема воды.
• Все винтовые модели – погружного типа. Это отражается на удобстве их обслуживания или ремонта; прибор придется вынимать из скважины. И если поломка произойдет в зимний период, возникнет ряд проблем.

Насосы центробежные

Такие перекачивающие приборы от винтовых устройств отличаются рабочим элементом. В них перемещение жидкости осуществляет колесо. В более простых моделях оно одно, хотя их бывает и несколько.

Плюсы

• Универсальность применения. Это относится как к источнику воды (скважина, колодец или иное), так и к способу монтажа – модели глубинные и поверхностные.
• Компактность.
• Высокая надежность.
• Большой модельный ряд.
• Повышенная производительность, что позволяет поднимать воду со значительной глубины и подавать ее на большую высоту.
• Шумы в рабочем режиме практически отсутствуют.

Минусы

• Требовательность к «чистоте» воды. Малейшие твердые взвеси, содержащиеся в жидкости, воздействуют на рабочее колесо как абразив.
• Центробежные насосы стоят дороже винтовых приборов.

Приведенная информация – всего лишь обобщенные сведения о насосах винтовых и центробежных. На рынке множество приборов этих типов, отличающихся производителем, характеристиками и возможностями по обеспечению водой. Выбор не ограничивается лишь определением группы перекачивающего устройства. Чтобы понять, насколько сложен данный вопрос, можно отметить некоторые критерии оценки целесообразности приобретения.

1. Размеры. Получится ли установить прибор в конкретную скважину, имеющую свой диаметр?
2. Мощность насоса. А это и глубина забора жидкости, и особенности схемы водопровода.
3. Количество «потребителей» и их потребность в воде.
4. Создаваемый напор. Все бытовые приборы, подключаемые к магистрали (машины посудомоечные, стиральные, котельное оборудование и так далее), работают лишь при определенном минимальном давлении в системе.
5. Техническое сопровождение изделия в данном населенном пункте. А это, в первую очередь, скорость ремонта и профессионализм мастеров.

Примечание. Выбор насоса для скважины – вопрос достаточно сложный, и приобретать его без консультации со специалистом не стоит. Иначе велика вероятность, что результат окажется неудовлетворительным, а деньги и время будут потрачены зря.

«АЛЬФАТЭП» не первый год работает в сфере инженерных коммуникаций по московскому региону. Достаточно позвонить на номер контактного телефона компании 8 (499) 116-32-26, и ее сотрудники дадут предварительную консультацию по любому вопросу, касающемуся водоснабжения из скважины. При необходимости помогут подобрать для нее оптимальную модель насоса. Если подходящего прибора на складе нет, в кратчайшие сроки организуют его закупку. В штате «АЛЬФАТЭП» – профессионалы высокого класса, оказывающие широкий спектр услуг; от составления проекта системы водопровода до монтажа, настройки и пуска в эксплуатацию оборудования.

Как выбрать насос для скважины и колодца?

  Моей скважине уже лет 12, думаю, пришло время менять погружной насос. Сосед скважину только собирается бурить. Ни он, ни я не знаем, какой из погружных насосов лучше. Пошли по магазинам, на городской рынок, а там погружные насосы «на одно лицо». Подскажите, как выбрать погружной насос?

  Однако, прежде чем пойти в магазин к продавцу и радостно объявить, что вам нужен погружной скважинный насос БЦП (Ливны) необходимо ответить на четыре главных вопроса. Ответы на которые будут судьбоносными при выборе погружного насоса:
– отметка основания дна скважины (глубина скважины). Эти данные можно взять из паспорта скважины, выданного бурильной компанией.
– динамический уровень воды. Динамический уровень воды в скважине — очень важная характеристика, отражающая дебит скважины. Динамический уровень — это расстояние от поверхности земли до зеркала воды в скважине во время продолжающейся непрерывной работы насоса. Дебит скважины — максимальное количество воды, которое скважина может выдать в единицу времени. Если над насосом после его непрерывной работы в течении 30 минут продолжает оставаться значительное количество воды (несколько метров), это достоверно свидетельствует, что дебит скважины хороший.
— статический уровень воды. Статический уровень — это расстояние от поверхности земли до зеркала воды в скважине (начало воды). Перед измерением этого показателя скважина некоторое время не должна была откачиваться. При опускании грузика в скважину, когда он достигает поверхности воды, отчетливо слышен шум плеска. Вычитая от глубины скважины значение статического уровня, получаем величину столба воды в скважине.
— диаметр трубы скважины. 

  Кроме этого, вам придется определиться с техническими характеристиками погружного насоса. Но об этом позже.
  <sup>Самый известный представитель отечественного насосного производства – вибрационный насос Малыш, с токоведущим кабелем 10м.,15 м., 25 м., 32 м., 40 м. В своем роде это уникальное и универсальное, недорогое насосное оборудование, способное решать определенные задачи, в силу его технических данных, главный из которых – номинальная производительность, она равна 0,43 м3/ч., и напор 40 метров.
  Имеются более мощный вибрационный насос «Полив» (ВАСО, Воронеж), который по сравнению с насосом Ручеек, обеспечивает подачу 0,9 м3/час.

  Вибрационный насос Малыш бесполезен при одновременном пользовании несколькими точками водозабора, даже использование душа при включении сразу горячей и холодной воды он может не справиться. С одной стороны, вибрационный насос Малыш должен подать холодную воду в кран, с другой – прогнать ее через теплообменник, получается минимум 0,43 м3 в час.
    Вибрационный насос — это прекрасный дачный вариант, он способен наполнить емкость, выполнить другие поставленные задачи. Его можно использовать при заборе воды из колодца, а вот в скважину ставить такое насосное оборудование на постоянной основе не рекомендуется. Любой вибрационный насос – это медленная смерть для скважины. Особенно быстро это произойдет, если такой вибрационный насос установить в непосредственной близости от фильтра обсадной трубы скважины. Механизм разрушений скважины выглядит следующим образом. При осуществлении вибрационным насосом возвратно-поступательных движений, вода постоянно движется, создавая идеальные условия для заполнения скважины песком, она, говоря языком профессионалов, запесковывается и постепенно выводит из строя скважину.</sup> 

  Итак, первое правило выбора оборудования для скважины – не приобретать вибрационных насосов. Погружные вибрационные насосы можно использовать временно, до покупки погружного центробежного скважинного насоса. Это аксиома.
  Теперь поговорим о том, каким образом ориентироваться и выбирать в великом разнообразии предложений, царящем на рынке бытового насосного оборудования.
  Скважина – это, по большому счету, труба в земле, оснащенная отстойником и фильтром. Однако нас в данном случае интересуют следующие параметры:
— статический уровень, то есть зеркало воды;
— динамический – уровень падения воды при ее разборе;
— расстояние до дна скважины;
— диаметр трубы скважины.
  Полезно знать расстояние от поверхности земли до фильтра, это важно потому, что насос должен установиться на расстоянии не менее 1 метра до фильтра скважины. Даже если производитель погружного насоса предлагает сократить его до 0,5 м либо 0,4 м, проигнорируйте эти указания и установите свой насос на расстоянии одного метра. Дело в том, что со временем вокруг рукотворного фильтра образуется природный, из крупных ячеек песка, работа погружного насоса в непосредственной близости к фильтру приводит к тому, что через него в скважину интенсивно поступает большое количество мелкого песка. Запесковывание – это суровая реальность для России. Большое количество старых скважин, сделанных не совсем правильно, повальное использование бытовых погружных вибрационных насосов – все это привело к тому, что на сегодняшний день большинство скважин не позволяет устанавливать погружные насосы, не защищенные от песка.
  В таких скважинах требуется погружной скважинный насос, который бы не забивался песком и не нуждался в постоянном подъеме на поверхность для чистки – удовольствие не из дешевых. Правда, если ваша скважина новая и сделана хорошо, приобретайте центробежный скважинный насос и наслаждайтесь жизнью. Если ситуация не столь радужная, обратите внимание на скважинные насосы БЦП (Ливны) Ливны, завода Ливнынасос. Скважинные насосы БЦП (М) Ливны, имеют плавающие центробежные колеса, имеют меньшую склонность к засорению, так как рабочие центробежные колеса «всплывая» способны пропускать большие по величине механические частицы.
  Интересны также скважинные насосы «Водолей» (Харьков), которые также выделяются конструкцией и надежной работой.

  Для комфортного водоснабжения дома коттеджного типа (до 6-ти точек водоразбора) необходим насос с производительностью минимум 1,8 м3/час, (номинальная производительность).
Кроме этого, нужно учитывать, что параметры насоса падают с течением времени в результате механического износа рабочих колес.

Пример расчета:
  Колодец с уровнем воды – 10 м, мембранный бак в коттедже – 5 м от колодца, первый этаж водоснабжения (плюс 2 м), расчетные потери в напоре – 3 м.
Расчет напора:
10 м + 2 м + 3 м + 25 м = 40 м (25 м – избыточное давление 2,5 атм средняя стандартная заводская настройка реле давления).
  Обращаем Ваше внимание, что некоторые торгующие компании заводят потребителей в заблуждение, указывая в инструкциях максимальные параметры по производительности и напору. По этой причине скважинный насос подбирается неверно, оказывается слишком маломощным и не обеспечивает достаточной подачи воды и необходимого давления. Реальную рабочую точку насоса отражают номинальные параметры (точка примерно в центре рабочей кривой насоса).

   При затруднении в выборе погружного скважинного насоса для колодца и скважины, Вы всегда можете обратиться к нашей организации «ХозОптТорг» (Ливны) и мы оперативно подберем скважинный насос для водоснабжения частного дома совместно с гидроаккумулятором.

---

Шесть основных проблем, связанных с вибрацией насосов — Houston Dynamic Services

Технические специалисты Houston Dynamic Service заботятся о качестве и обучены новейшим методам ремонта вращающегося оборудования. Учитывая наш совокупный многолетний опыт, мы видели целый ряд вещей, которые могут выйти из строя в большом количестве разнообразных насосов. Мы хотели бы поделиться некоторыми знаниями, полученными благодаря этому опыту.

У значительной части насосов, доставленных нам для ремонта, возникают проблемы с вибрацией.Существует шесть основных причин проблем с вибрацией насоса, и любая из них может вывести насос из эксплуатации из-за незапланированного и дорогостоящего ремонта. Прочтите советы, которые помогут вам определить, является ли низкая производительность вашего насоса одной из этих проблем с вибрацией.

# 1: Кавитационный насос

Кавитация насоса является признаком недостаточного чистого положительного напора на всасывании. Это происходит, когда абсолютное давление жидкости на входе в рабочее колесо приближается к давлению пара жидкости, в результате чего карманы образуются и схлопываются при прохождении через рабочее колесо.

Кавитацию в насосе часто можно определить по звуку насоса — например, грохот камней в насосе или характерный треск. Помимо чрезмерного шума, может наблюдаться более высокое потребление энергии и повреждение насоса.

Вы можете предотвратить кавитацию с помощью:

• Проверка чистоты фильтров и сетчатых фильтров
• Использование манометра или расходомера для определения характеристики насоса
• Пересмотреть конструкцию насоса, если путь перекачиваемой среды не идеален

# 2: Изогнутый вал насоса

Насос с изогнутым валом может вызывать сильную осевую вибрацию с осевой разницей фаз, которая стремится к 180 ° на одном и том же роторе.Доминирующая вибрация обычно возникает при 1X об / мин, если изгиб находится около центра вала. Это может произойти при 2-кратных оборотах в минуту, если он согнут рядом с муфтой. Изогнутые валы насоса более вероятны на муфте или рядом с ней.

Вы можете определить погнутый вал насоса по циферблатным индикаторам.

# 3: Пульсация потока насоса

Это состояние возникает, когда насос работает рядом со своей запорной головкой. Манометры на нагнетательном трубопроводе насоса будут колебаться. Если в насосе используется поворотный обратный клапан на нагнетании, противовес и рычаг клапана будут двигаться, указывая на нестабильный поток.

Одна из основных причин пульсации — недостаточная подача корма. Перекачиваемая среда должна поддерживать контакт с поверхностью плунжера, когда плунжер втянут и насос заполнен. В противном случае плунжер движется вперед и ударяет по жидкости, вызывая нежелательную пульсацию. Вы можете помочь предотвратить пульсацию потока насоса, используя стабилизатор всасывания, чтобы поддерживать постоянный контакт жидкости с плунжером.

К другим причинам пульсации потока насоса относятся:

Неправильная жесткость пружины

• Негерметичные клапаны
• Несколько насосов на общем коллекторе
• Конструкции трубопроводов, ограничивающих поток
• Изношенная упаковка

# 4: Дисбаланс рабочего колеса насоса

Порой может казаться, что насосы смещены, имеют плохие подшипники или перегреваются, но часто причиной является дисбаланс в узле насоса или другом компоненте.Дисбаланс также вызывает вибрацию и перегрев. Рабочие колеса должны быть точно сбалансированы, что оказывает огромное влияние на срок службы подшипников насоса.

Если рабочее колесо насоса подвешено по центру, дисбаланс сил встречается чаще, чем дисбаланс пары. В этом случае наибольшая вибрация, скорее всего, будет в радиальном направлении с наибольшей амплитудой при рабочей скорости насоса (1X об / мин). Центрально-подвесные рабочие колеса используют сбалансированные осевые силы на внутреннем и внешнем подшипниках. Сильная осевая вибрация рабочих колес указывает на то, что они заблокированы посторонним предметом.

К опасностям дисбаланса рабочего колеса насоса относятся:

• Прогиб вала — погнутый вал или неконтролируемый резонанс, который может привести к отклонению и повреждению всей системы
• Выход из строя подшипника
• Чрезмерная вибрация, приводящая к повреждению насоса или системы
• Отказ торцевого уплотнения или набивки
• Заедание насоса

# 5: Проблемы с подшипниками насоса

Одной из основных причин проблем с вибрацией насоса является отказ подшипника.Это связано с тем, что примерно от 10% до 30% шарикоподшипников используются достаточно долго для нормального усталостного разрушения. Например, ожидается, что насос ANSI проработает 20 000 часов; но подшипники не могут. Подшипники насоса могут выйти из строя из-за перегрузки, чрезмерного износа, коррозии, связанной с погодными условиями или веществами, выхода из строя смазки, перегрева или загрязнения.

Проблемы с подшипниками насоса также могут быть результатом неправильного выбора подшипника для данного насоса. Если производитель подшипника и номер модели известны, то можно определить частоту неисправностей внешнего кольца, внутреннего кольца, тел качения и сепаратора.

Эту проблему можно предотвратить, регулярно смазывая подшипники масляным туманом, специальными маслами или консистентной смазкой.

# 6: Несоосность вала

Поскольку некоторая вибрация является нормальным явлением для насосов, лучше обратиться к профессиональному специалисту по ремонту, чтобы определить, не является ли чрезмерная вибрация в насосе следствием смещения вала. Они также могут сказать вам, является ли он достаточно серьезным, чтобы повлиять на производительность и надежность насоса.

Несоосность валов нелегко обнаружить и измерить внешне.Нет датчиков, которые можно было бы разместить на насосе для измерения приложенной силы. Насосы с смещенным валом могут отображать любое из следующего:

• Чрезмерная осевая или радиальная вибрация
• Высокие температуры в корпусе или около подшипников
• Высокие температуры масла на выходе
• Чрезмерная утечка масла через уплотнения подшипников
• Ослабленные соединительные или фундаментные болты
• Чрезмерные отказы муфты
• Трещины или поломки валов возле ступиц муфты или внутренних подшипников

Заключение

Раннее обнаружение проблемы с вибрацией может помочь избежать незапланированных простоев и обеспечить плановый ремонт насоса.Если у вас возникла одна из этих проблем с вибрацией или другая проблема с вашим насосом, вращающимся оборудованием или системой, свяжитесь с нами. Наш современный сервисный центр по ремонту стратегически расположен на юго-востоке Хьюстона, и мы способны удовлетворить все ваши потребности в ремонте вращающегося оборудования.

Снижение шума и вибрации центробежных насосов на цементировочном оборудовании | SPE Health, Safety, Security, Environment,

Abstract

Были проведены исследования шума и вибрации на цементосмесительном и насосном оборудовании для выявления наиболее громких компонентов, чтобы можно было повысить надежность и эффективность работы по снижению шума и вибрации.

На этапах процесса смешивания центробежный насос с регулируемой скоростью имеет минимальный поток через него, но при этом поддерживает высокое давление. Это давление вызывает кавитацию на нагнетании, которая образует пузырьки, которые схлопываются снаружи рабочего колеса. Эта кавитация считается основной причиной шума и вибрации насоса.

Центробежный насос, подающий воду для процесса перемешивания цемента, имел звуковое давление до 105 дБА или 20 мкПа, спектральную плотность мощности (PSD) до 7.3 g2 / Гц RMS, и его можно услышать из-за шума дизельного двигателя устройства. Следовательно, это место было выбрано как лучшее место для начала снижения шума / вибрации.

Стандартный центробежный насос был протестирован, и в одном испытании он был модифицирован, чтобы иметь меньшее рабочее колесо, а в другом испытании на насос были установлены шумопоглощающие кожухи. Измерения звука и вибрации проводились как на испытательном стенде, так и на установке для цементирования.

Испытания с модифицированным рабочим колесом показали значительное снижение шума и вибрации.Уровень звукового давления снизился примерно с 13 до 16,5 дБ, когда диаметр рабочего колеса был уменьшен с 12 дюймов до 11,25 дюйма; также произошло значительное снижение общего уровня вибрации агрегата. Соответствующая потеря максимального давления от 111 фунтов на квадратный дюйм до 94 фунтов на квадратный дюйм наблюдалась, но не считалась существенной для процесса перемешивания цемента. Эту потерю давления удалось преодолеть за счет увеличения скорости насоса, что привело к минимальному увеличению шума и вибрации. Уровень звукового давления снижен 1.5 дБ с установленными звукопоглощающими одеялами.

Введение

Некоторые агентства имеют правила, регулирующие порядок измерения уровней шума и уровень шума и вибрации, которым может подвергаться человек или население. Эти правила были установлены, чтобы «повысить осведомленность работодателей / сотрудников и уменьшить изнуряющие травмы». Короче говоря, эти правила действуют, чтобы сделать мир, в котором работают и живут сотрудники, более безопасным местом.

Оборудование, используемое в полевых операциях, создает уникальные звуковые и вибрационные сигнатуры, которые влияют на персонал и другое оборудование в непосредственной близости.Сервисная компания внедрила программу по измерению шума и вибрации оборудования и приложению усилий по снижению, тем самым повысив надежность оборудования и персонала. В этой статье обсуждаются эти механические характеристики, а также то, как уменьшить характерные особенности центробежного насоса с регулируемой скоростью.

Рассматриваемая конструкция центробежного насоса уже более 30 лет является основой парка цементирующего оборудования, поставляя основную жидкость для операций по цементированию.Во время базовых испытаний различных цементировочных агрегатов на надежность было отмечено, что, прежде всего, слышен звук насоса, и через агрегат передается высокий уровень вибрации. Именно с этого наблюдения началось расследование и устранение последствий источника. После исследования вибрационных и акустических сигнатур были исследованы рабочие колеса различных агрегатов, отправленных на техническое обслуживание (рис. 1). При осмотре был отмечен высокий уровень кавитационных повреждений на внешней поверхности рабочих колес.Это наблюдение привело к обсуждению и изучению возможных решений проблемы шума и вибрации, а также способов повышения надежности насоса. Был сделан вывод, что наилучшим и наиболее упрощенным подходом к этому вопросу было уменьшение размера крыльчатки, тем самым увеличивая зазор от разрезаемой воды. В случае успеха этот подход может снизить уровень шума и вибрации и повысить надежность устройства.

Провести сравнение двух систем «яблоко-яблоко» было немного сложнее; хотя минимальное необходимое давление для операций смешивания было известно, место, где оно должно попадать на кривую откачивающего насоса, было неизвестно.Определение базового уровня исходного насоса при правильной рабочей скорости и давлении, а затем наложение измеренной кривой PV для откачивающего насоса позволило определить, каким должно быть правильное сравнение.

Исследование влияния скорости вращения насоса на производительность и обнаружение кавитации в центробежном насосе с помощью анализа вибрации

Abstract

Кавитация — существенная проблема, которая возникает в любом насосе. Это в значительной степени способствует ухудшению производительности насоса.В промышленных применениях важно обнаруживать и уменьшать эффект кавитации в насосах. В этой работе было исследовано обнаружение и диагностика явления кавитации в центробежных насосах с использованием вибрационной техники. Результаты, полученные для сигнала вибрации как во временной, так и в частотной областях, были проанализированы, чтобы лучше понять обнаружение кавитации в рассматриваемых насосах. Было измерено влияние различных условий эксплуатации, включая различные скорости потока и скорости вращения насоса, связанные с кавитацией.Были применены различные статистические функции в анализе во временной области (TDA), а также метод быстрого преобразования Фурье (FFT) для анализа в частотной области (FDA).

Ключевые слова: Энергия, Промышленная инженерия, Машиностроение, Прикладные науки, Естественные науки, Центробежный насос, Скорость вращения насоса, Кавитация, Техника вибрации, Анализ в частотной области, Анализ во временной области

1. Введение

Происхождение вибрации в центробежных насосах могут возникать различные типы источников, в том числе гидравлические и механические силы возбуждения [1, 2, 3, 4, 5, 6].Это приводит к увеличению уровней вибрации, что может снизить производительность насоса и, следовательно, привести к повреждению таких деталей насоса, как рабочее колесо и спиральная камера. Это также может привести к сокращению срока службы подшипников насосов и выходу из строя уплотнений [7, 8, 9, 10]. Измерения вибрации в центробежных насосах можно использовать для нескольких приложений, включая контроль качества и мониторинг состояния (CM) [11, 12, 13]. Гидравлические и механические источники вибрации в центробежных насосах возникают в результате нескольких проблем.Это включает проблемы распределения потока, включая высокую скорость, и взаимодействие между вращающейся частью, такой как рабочее колесо, и неподвижной частью, такой как спиральная камера, за счет вращения крыльчатки в насосе, в частности, в области язычка спиральной части. Кроме того, к гидравлическим источникам вибрации в центробежных насосах относятся силы, передающие лопасти, гидравлический дисбаланс, рециркуляционный поток, кавитация, нестабильность системы, гидравлический удар и так далее [14]. Как правило, как описано в экспериментальной установке в четвертом исследовании, насосная система состоит из нескольких частей.Эта насосная система включает центробежный насос, электродвигатель и связанную с ним систему трубопроводов контура потока, такую ​​как трубы, колена, фитинги и клапаны. Даже в обычных условиях эксплуатации различные виды физических процессов создают вибрацию, такую ​​как гидравлическое взаимодействие с системой трубопроводов, неправильная установка или обслуживание, применение насоса, производственные конструкции и различные типы неисправностей [15]. Обычно источники механической вибрации в насосе включают в себя несколько источников, таких как колебания давления, создаваемые в жидкости, дисбаланс, несоосность между соединениями валов и поврежденные подшипники [16].Кроме того, другие механические источники включают механические силы, неправильное использование насоса, как указано в руководстве по установке, и условия, возникающие из-за неправильной сборки насосов и из-за износа [17, 18]. Когда кавитация возникает в различных типах машин (например, гребных винтах, турбинах и различных типах насосов), это приводит к падению давления, особенно в ушке рабочего колеса, ниже давления водяного пара. В результате это приводит к увеличению уровня шума и вибрации из-за нестабильного потока, что, в свою очередь, вызывает увеличение колебаний давления внутри насоса [15].Когда внутри насоса начинает возникать кавитация, первые образования пузырьков становятся очень маленькими, что приводит к схлопыванию пузырьков внутри насоса. Поскольку кавитация продолжается внутри насоса, пузырьки схлопываются вблизи поверхности рабочего колеса, что в конечном итоге разрушает рабочее колесо и, следовательно, вызывает точечную коррозию на поверхности рабочего колеса и улитки. Поскольку образование и схлопывание пузырьков происходит случайным образом, возникновение и развитие кавитации может вызвать сильный шум и вибрацию внутри насоса [15].За последнее десятилетие возрос интерес к использованию методов мониторинга состояния (CM) для обнаружения кавитации. Этот метод объясняется несколькими причинами, поскольку он снижает затраты на техническое обслуживание машин и, следовательно, повышает производительность и безопасность в отрасли. В этом исследовании анализируется сигнал вибрации, поскольку это один из важных методов мониторинга состояния центробежного насоса для раннего прогнозирования и диагностики возникновения и развития кавитации внутри насоса.Также в этом исследовании сигналы вибрации будут собираться с помощью акселерометра (датчика вибрации), который был расположен рядом с язычком улитки центробежного насоса. Причина выбора этого положения заключается в том, что это часть насоса, которая оказывает сильное влияние из-за сильного взаимодействия между вращающейся частью (крыльчатка) и неподвижной частью (спиральная камера), как ясно показано в предыдущем исследовании. Для этой экспериментальной работы, чтобы изучить широкий диапазон рабочих условий, а также обнаружить различные уровни кавитации, центробежный насос подвергался воздействию различных скоростей потока и скорости вращения насоса.Скорость потока была изменена путем дросселирования шарового клапана на стороне нагнетательного насоса, а затем отрегулирована шаг за шагом. Кроме того, анализ сигналов вибрации в различных вышеупомянутых условиях эксплуатации с использованием анализа во временной области (TDA) и анализа в частотной области (FDA) выполняется с использованием кода MATLAB в следующих разделах. Были оценены источники вибрации в центробежном насосе в различных условиях эксплуатации, а затем выявлено, как возникновение и развитие кавитации влияет на уровень вибрации насоса.Кроме того, в нем представлены и обсуждаются экспериментальные результаты использования метода вибрации для контроля кавитации в центробежном насосе на экспериментальной установке. Кроме того, исследование предоставит анализ сигналов вибрации во временной области с использованием анализа формы волны во времени (TWFA). Затем он использует различные статистические характеристики, такие как пиковое значение, среднеквадратичное значение, размах колебаний и значения дисперсии, чтобы прогнозировать и диагностировать явление кавитации в различных рабочих условиях. Для дальнейшего анализа характеристик явления кавитации внутри центробежного насоса сигнал вибрации во временной области преобразуется в анализ частотной области (FDA) с помощью метода (FFT), который может быть подходящим для прогнозирования и диагностики кавитации в насосе.Это исследование дополнительно фокусируется на анализе сигнала вибрации в частотной области на основе различного диапазона частот. Кроме того, он анализирует амплитуду вибрации в частотной области, используя различные функции, такие как среднее значение и среднеквадратичное значение для значений амплитуды вибрации. Этот анализ необходим для лучшего понимания, а также получения дополнительной информации об обнаружении возникновения кавитации в насосе для различных частотных диапазонов и, таким образом, нахождения чувствительного частотного диапазона для прогнозирования кавитации.Кавитационные потоки в центробежных насосах исследовались в литературе с использованием различных подходов для прогнозирования условий кавитации как двухфазного потока. Эти исследования выполнены Zhang et al. [19], в которых изучались особенности вибрации центробежного насоса, имеющего особый наклон улитки. В своей работе они предложили и проанализировали характеристики вибрации в насосе со специальной наклонной улиткой для уменьшения вибрации и предложили новую технику для уменьшения уровня вибрации в насосе. Они получали сигналы вибрации при различных расходах и сравнивали насос со спиральной спиральной камерой с наклонной спиральной камерой и обычным спиральным насосом.Результаты показали, что уровень вибрации насоса с наклонной спиральной камерой был ниже, чем у обычного насоса, как показано на рисунке, при другой частоте. Таким образом, они обнаружили, что использование наклонного спирального насоса может эффективно снизить уровень вибрации в центробежном насосе. Сухан [20] изучил влияние радиального зазора на пульсации давления, используя вибрации и шумовые сигналы в центробежном насосе при разном расходе и радиальных зазорах между рабочим колесом и диффузором 1,5 мм, 3.7 мм, 6,8 мм соответственно. Автор использовал насос горизонтального типа с диффузором, крыльчаткой с восемью лопастями и диффузором из семи лопастей. В результате при низком расходе уровни вибрации и шума были низкими, а при высоком расходе они были высокими, а также уровни вибрации и шума были минимальными при максимальном радиальном зазоре между рабочим колесом и диффузором. Кроме того, автор заметил, что по результатам экспериментов при увеличении радиального зазора возникают более низкие колебания давления.Фарохзад и др. al [21]. экспериментально исследовал взаимосвязь между сигналом вибрации и диагностикой неисправности в центробежном насосе при различных режимах работы с использованием системы мониторинга условий. Были протестированы две разные конфигурации: первая была с поврежденным рабочим колесом, а вторая — с неисправным уплотнением. Они собирали сигналы вибрации от насоса с помощью датчика акселерометра, который был установлен на подшипнике вала. Результаты показали, что важное изменение тенденции вибросигнала в зависимости от неисправности при различных условиях эксплуатации.Значение RMS для нормального состояния насоса было приемлемым, но оно было увеличено из-за поломки крыльчатки и неисправности уплотнения в критическом состоянии. Луо и др. [22] исследовали статистические особенности сигналов вибрации в центробежном насосе. Параметры испытательного насоса: расход 50 м, ^3, / ч, напор 32 м, скорость вращения 2900 об / мин, количество лопастей 6, входной и выходной диаметры рабочего колеса 75 мм и 174 мм соответственно. Результаты показали, что при работе насоса в условиях нестабильности потока динамические характеристики насоса изменялись.Следовательно, статистический анализ сигнала вибрации (коэффициент плотности вероятности PDF, стандартное отклонение и эксцесс) может быть полезным методом прогнозирования нестабильного потока в насосе. Статистические характеристики сигнала вибрации во временной и частотной областях являются хорошим индикатором для прогнозирования изменений интенсивности и начала кавитации в насосе. Тан и Леонг [23] экспериментально исследовали обнаружение кавитации в центробежном насосе с помощью сигнала вибрации. Они проверили насос в трех рабочих условиях, включая BEP, 90% BEP и 80% BEP.Конструктивными параметрами насоса были шесть лопастей, двигатель был соединен с тремя фазами со скоростью вращения насоса 2500 об / мин. Результаты показали, что амплитуда вибрации значительно увеличилась при кавитации по сравнению с нормальными рабочими условиями. Возможная причина увеличения амплитуды колебаний во время кавитации была связана с образованием и схлопыванием пузырьков, в частности, в ушке крыльчатки. Заргар [24] обнаружил кавитацию в нефтяной промышленности, связанной с центробежными насосами, для системы охлаждения циркуляционной воды.Они обнаружили явление кавитации в насосе с помощью системы мониторинга состояния, проанализировав сигнал вибрации во временной форме волны и в частотной области с использованием метода БПФ. Они обнаружили, что тенденция сигнала вибрации внезапно усилилась при кавитации. Следовательно, снижение производительности насоса. Как видно из приведенных выше исследований, а также после изучения литературы, представленной в этой работе, поле течения и явление кавитации в центробежном насосе требуют дополнительных исследований.Поэтому в данной работе анализируются характеристики гидравлического насоса и внутренний поток центробежного насоса при различных условиях эксплуатации. Влияние различных скоростей потока и скорости вращения насоса на производительность, внутренний поток и обнаружение кавитации в центробежном насосе экспериментально выполнено на основе метода анализа вибрации. Кроме того, сигнал вибрации в центробежном насосе во временной и частотной областях также исследуется, чтобы получить больше информации об обнаружении кавитации в насосе с использованием различных статистических функций.Кроме того, изучение различных частотных диапазонов в анализе частотной области (FDA) при обнаружении кавитации в центробежном насосе также проводилось. Экспериментальная установка для центробежного насоса.

Основными целями настоящего исследования являются экспериментальное определение производительности насоса и обнаружение кавитации в центробежном насосе. Экспериментальное обнаружение кавитации было достигнуто с помощью вибрации с помощью акселерометра, а также с помощью двух датчиков давления на всасывании и нагнетании насоса в различных диапазонах рабочих условий.Для достижения этой цели экспериментальным путем было важно сконструировать и спроектировать соответствующую экспериментальную установку для центробежного насоса, где конструкция этой экспериментальной установки будет обсуждаться более подробно в следующем разделе.

изображает основные различные компоненты экспериментальной установки установки испытательного стенда центробежного насоса. Центробежный насос может подавать воду в бак с максимальным давлением около 10 бар. Выбранная система проточного контура была рециркуляционной и включала пластиковый резервуар для воды, прозрачную трубу из ПВХ и компоненты соединений из ПВХ.Емкость бака рассчитана исходя из максимального расхода. Диаметр входной трубы насоса составляет 2 дюйма. Кроме того, диаметр выпускной трубы используемого насоса составляет 1,25 дюйма. Таким образом, для соединения выпускной трубы с линией расходомера воды использовалась переходная муфта 1,25–1,5 дюйма, поскольку диаметр расходомера воды составляет 1,5 дюйма. Бак выполнен из пластика и имеет размеры 95 × 90 × 110 см. Трубы целого сечения представляют собой прозрачные трубы, поэтому они позволяют наблюдать за возникновением кавитации.Выбор последнего типа трубы обусловлен несколькими причинами. Во-первых, прозрачные трубы легче установить. Во-вторых, их легко соединять и, в-третьих, они невысоки по сравнению с трубами из нержавеющей стали. Кроме того, трубы из ПВХ не обязательно допускают использование сложных инструментов для соединения различных труб вместе, так как все соединения между трубами выполняются с использованием типа сварки растворителем (цемент на основе растворителя и чистящая жидкость). такие недостатки, как недостаточная жесткость.Соединения проточного контура центробежного насоса и бака для воды выполнены из ПВХ труб различных размеров [25, 26].

Контур потока центробежного насоса, в том числе: 1 — впускной клапан основного контура потока, 2 — впускной клапан центробежного насоса, 3 — всасывающая труба из ПВХ, 4 — датчик давления на входе, 5 — центробежный насос, 6 — датчик давления на выходе, 7 — основное всасывание трубопроводный контур. 8- напорная труба из ПВХ. 9- Выгрузная заслонка. 10- расходомер воды. 11- Резервуар для воды. 12- Бункер.

2. Экспериментальная

2.1. Влияние различных скоростей потока для прогнозирования характеристик и кавитации в центробежном насосе

Для целей анализа в данном исследовании использовался метод вибрации для прогнозирования кавитации. Центробежный насос эксплуатировался экспериментально при разных расходах (три ступени расхода). Первая ступень проходила с низким расходом, вторая ступень — с расчетным расходом, а последняя ступень — с высоким расходом, как указано в. Скорость вращения насоса N = 2755 об / мин поддерживалась постоянной, соответствующей 0.95Nd, где Nd представляет собой расчетную скорость вращения насоса, и она равна 2900 об / мин из-за максимальной скорости вращения насоса для этой экспериментальной установки, которая составляла 0,95 от Nd. В следующем разделе представлены результаты работы насоса и прогнозирования кавитации, полученные в результате экспериментальных расчетов на основе различных скоростей потока.

Таблица 1

Диапазон расхода для насоса при частоте вращения насоса 2755 об / мин.

9018 276

Диапазон расхода (л / мин)
378	370	365	362	352	342	331 320 30186 9018 9018	331 320 30186 9018	252	227	200	177	152	103

Одной из ключевых целей этого экспериментального исследования является расчет напора насоса.Поэтому было проведено несколько экспериментальных измерений для определения производительности насоса в различных условиях эксплуатации. Кроме того, сигналы давления всасывания и нагнетания насоса могут быть получены за счет использования двух датчиков давления на всасывающей и нагнетательной сторонах центробежного насоса. Данные включают сигналы давления, а расчетный напор обрабатывается с использованием кода MATLAB, как показано в следующем разделе.

2.2. Анализ мгновенного выходного давления центробежного насоса при различных расходах

отображает исходные данные мгновенного выходного давления центробежного насоса во временной области при различных расходах, начиная от 103 (л / мин) до 378 (л / мин). мин) с частотой вращения насоса 2755 об / мин.Видно, что сигналы мгновенного выходного давления изменяются вместе с изменением расхода. Более того, величина колебаний давления уменьшается с увеличением расхода. Возможные причины этого связаны с гидравлическими и механическими потерями, а также с эффектом возникновения кавитации, приводящей к более нестабильному потоку внутри насоса. Однако можно заметить, что эти изменения мгновенного выходного давления не дают более четкой картины в отношении обнаружения кавитации в насосе.Следовательно, необходимы дальнейшие исследования для обнаружения кавитации с использованием различных статистических функций, чтобы проанализировать мгновенные сигналы выходного давления во временной области в следующем разделе.

A) Давление нагнетания центробежного насоса от 371 до 300 (л / мин), B) От 275 до 101 (л / мин) при частоте вращения насоса 2755 об / мин.

2.3. Расчет напора и NPSH центробежного насоса при различных расходах

Анализ во временной области (TDA) используется для анализа необработанных данных мгновенного напора при различных расходах с различными статистическими характеристиками.изображает тенденции пиковых, минимальных и среднеквадратичных характеристик напора при различных расходах от 103 (л / мин) до 378 (л / мин) при скорости вращения насоса 2755 об / мин. Очевидно, что все вышеупомянутые характеристики напора в насосе имеют непрерывную тенденцию к снижению с увеличением расхода по тем же причинам, которые указаны выше. Более того, тенденция для всех вышеперечисленных характеристик быстро уменьшается, когда насос работает с расходом выше 350 (л / мин). Причины этого заключаются в высоком зацеплении между рабочим колесом и улиткой, а также в возникновении и развитии кавитации внутри насоса.

A) Пиковая, B) минимальная и C) Среднеквадратичные характеристики напора при различных расходах и скорости вращения насоса 2755 об / мин.

показывает средний напор насоса при различных измерениях расхода, который также суммирован в — со скоростью вращения насоса N = 2755 об / мин. Из этого рисунка ясно видно, что изменения в структуре потока насосов по мере увеличения скорости потока от более низкого до более высокого значения, и здесь интересно отметить изменение напора в насосе.Можно заметить, что тенденция напора постепенно уменьшается с увеличением расхода. Кроме того, из этого рисунка видно, что напор периодически изменяется по мере изменения давления в насосе. По трем основным возможным причинам, первая из них связана с сильным взаимодействием между рабочим колесом и улиткой языка, которое создается скоростью вращения рабочего колеса. Вторая причина связана с неравномерным распределением давления в улитке из-за асимметричной площади поперечного сечения улитки, и, наконец, важной причиной является возникновение и развитие кавитации внутри насоса.Кроме того, из этого рисунка также видно, что, когда насос работает с высоким расходом, это приводит к уменьшению напора внутри насоса, а затем также приводит к снижению давления на входном отверстии рабочего колеса ниже водяного пара. давление. Следовательно, это приводит к возникновению явления кавитации, которое будет развиваться в насосе при увеличении расхода. Дальнейшее исследование также показывает, что напор быстро уменьшается, когда насос работает с расходом выше 350 (л / мин).Причина в возникновении и развитии кавитации. Однако это явление будет проанализировано, а затем подробно обсуждено в данном исследовании с использованием метода вибрации.

Напор центробежного насоса при частоте вращения насоса 2755 об / мин.

Будет обсуждаться влияние явления кавитации на производительность центробежного насоса при различных условиях эксплуатации. Такие условия могут включать различные скорости потока и разные скорости вращения насоса с использованием метода анализа вибрации.Важно сначала исследовать, а затем рассчитать чистую положительную высоту всасывания NPSHa центробежного насоса, чтобы можно было описать взаимосвязь с различными расходами, а также получить общие сведения о характеристиках насосов. В этом экспериментальном исследовании центробежный насос был испытан при различных измерениях расхода, соответствующих нормальным условиям эксплуатации (без условий кавитации) и условиям кавитации. Характеристики кавитации центробежного насоса, которые отслеживаются как важная часть данного исследования, представлены на графике.На этом рисунке показан имеющийся чистый положительный напор на всасывании и чистый положительный напор на всасывании, необходимый для различных скоростей потока в зависимости от начала и развития кавитации в насосе [27]. Для этой цели скорость потока насосов может быть изменена путем постепенного дросселирования нагнетательного клапана, а затем удержания всасывающего клапана открытым на 100% и поддержания постоянной скорости вращения насоса на уровне 2755 об / мин. Экспериментальные данные для кривой H-NPSHr для центробежного насоса были предоставлены производителями (модель насоса F32 / 200H компании Pedrollo).

Кавитационные характеристики центробежного насоса при различных расходах.

Из этого рисунка хорошо видны различные области кавитации. Первый — когда насос работает с малым расходом, при этом кавитация в этой области не возникает. На данный момент NPSHa выше, чем NPSHr. Для второй области расход превышает 350 (л / мин), и в этой области в насосе начинает возникать кавитация, где уже произошло пересечение двух кривых для NPSHa и NPSHr.Это означает, что в этот момент начинается развитие кавитации. Третья важная область — это когда кавитация в центробежном насосе начинает увеличиваться, когда скорость потока увеличивается более чем на 350 (л / мин) из-за снижения давления на ушке рабочего колеса ниже давления водяного пара и, следовательно, в этой точке. , NPSHa становится меньше, чем NPSHr. Также очевидно, что признаки кавитации включают ухудшение производительности насоса. Кроме того, во время экспериментальных измерений для центробежного насоса возникновение кавитации быстро ухудшалось при расходе выше проектного.Кроме того, из этого рисунка видно, что кавитация произошла при расходе между более высоким расчетным диапазоном расхода от 300 (л / мин) до 350 (л / мин). Также ясно видно, что уровень кавитации увеличивался с увеличением расхода. Кроме того, на основании приведенных выше результатов относительно взаимосвязи между NPSHa и NPSHr с расходом насосов можно увидеть, что значение NPSHa и NPSHr имеют большое влияние на производительность насоса. В этом текущем исследовании исследование и обсуждение производительности центробежного насоса в условиях кавитации проводились с использованием метода вибрации.Детали влияния различных экспериментальных рабочих условий, включая различные скорости потока и скорости вращения насоса, обсуждаются и подробно анализируются в следующем подразделе.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Прогнозирование кавитации в центробежном насосе с использованием метода вибрации при различных расходах

В этом исследовании была предпринята попытка изучить поведение насосов под действием нормальных условий эксплуатации и кавитации с помощью метода вибрации.Для этого метода требуется конкретный датчик, такой как датчик акселерометра, и метод обработки точной оценки сигнала. Цель заключалась в анализе сигнала вибрации, связанного с состоянием кавитации в насосе при различных условиях эксплуатации. Кроме того, для прогнозирования и диагностики кавитации были представлены результаты, соответствующие сигналу вибрации при различных расходах, посредством расчетов и анализа амплитуды сигнала во временной и частотной области внутри насоса.Одновременная оценка различных экспериментальных измерений, основанных на нормальной работе (без кавитации) и обнаружении условий кавитации, была выполнена с использованием кода MATLAB. В этом исследовании и в ходе экспериментальных испытаний сигналы вибрации собираются с помощью датчика акселерометра, как упоминалось ранее. Кроме того, такие параметры центробежного насоса, как расход нагнетания, входное и выходное давление, измеряются с помощью различных типов датчиков, включая расходомер воды, два датчика давления на всасывающей и нагнетательной сторонах центробежного насоса.Различные типы сигналов от всех вышеперечисленных датчиков собираются, собираются и сохраняются с помощью системы сбора и анализа динамических данных модели YE7600 от Global Sensor Technology (GST) производства SNOCERA PIEZOTRONICS. В этом эксперименте насос работал в каждом тесте с разными расходами. Производительность центробежного насоса была разделена в зависимости от расхода в разных регионах. Первый участок был при низком расходе от 100 до 250 (л / мин).Вторая область была при расчетном расходе 300 (л / мин), а последняя область была при высоком расходе, превышающем расчетный расход от 320 до 378 (л / мин), и диапазон этих расходов зависел от скорости вращения насоса. .

Во время каждого экспериментального испытания процесса выборки сигнала вибрации скорость вращения насоса поддерживалась постоянной при различных расходах. В этих экспериментальных измерениях каждое экспериментальное испытание повторялось не менее 3 раз. Чтобы получить и предоставить более надежные согласованные наборы данных, сбор и повторение каждого рабочего теста поможет понять характеристики сигналов вибрации и, следовательно, получить более надежные диагностические функции для прогнозирования кавитации внутри насоса.Это исследование будет собирать, а затем анализировать сигналы вибрации при различных скоростях потока. Эти сигналы были получены и собраны с помощью датчика, такого как акселерометр типа CA-YD-1182. На входе сигнал напряжения, полученный от акселерометра, был собран, а затем дискретизирован с частотой 96 кГц в системе сбора данных. Кроме того, количество точек данных в каждом из этих экспериментальных измерений равнялось 2880000 точек. В последнее время для измерения вибрации в системе широко используется акселерометр как наиболее подходящий датчик вибрации.Есть несколько причин для использования этого типа датчика. Во-первых, его можно использовать для более широких частотных диапазонов. Во-вторых, его легко установить на машину. В-третьих, он надежен для измерения вибрации и, наконец, его можно эффективно использовать для прогнозирования различных условий, таких как исправное или неисправное оборудование. В настоящее время в промышленности существует множество применений, связанных с насосами. Таким образом, мониторинг состояния насосов стал важным приложением, поскольку он может позволить продлить срок службы насоса, а также снизить затраты на техническое обслуживание.В этом исследовании была предложена методология обнаружения возникновения и развития кавитации в центробежном насосе. Эта первая методология, которая будет обсуждаться в данном исследовании, основана на методологии анализа сигнала вибрации как во временной, так и в частотной области при различных условиях эксплуатации. изображает блок-схему анализа данных о вибрации для обнаружения кавитации внутри насоса. В этом исследовании была предложена методология анализа вибрации для обнаружения возникновения и развития кавитации в центробежном насосе.На основе системы мониторинга обработки сигналов с использованием сигнала вибрации в широком диапазоне рабочих условий. К таким условиям относятся разные скорости потока и скорости вращения насоса. В этом исследовании использовалась методология, которая состоит из различных этапов, и краткие детали этих экспериментальных этапов следующие:

• ➢ Первый этап включает сбор экспериментальных тестовых измерений исходных сигналов вибрации от центробежного насоса при различных условиях. диапазоны условий эксплуатации с помощью акселерометра.
• ➢ Анализ сигнала вибрации во временной области (TD). Сначала сравните различные необработанные сигналы вибрации в различных условиях эксплуатации, используя график анализа формы волны во времени (TWFA). Во-вторых, затем проанализировать сигнал вибрации с использованием различных статистических характеристик, таких как пик, среднеквадратичное значение, размах и значения дисперсии.
• ➢ Обнаружение различных уровней кавитации (отсутствие кавитации, возникновение, развитие и полное развитие кавитации) внутри насоса с помощью вышеуказанных функций.
• ➢ Сравните вышеупомянутые функции, чтобы найти чувствительную функцию для обнаружения различных уровней кавитации.
• ➢ Анализ сигнала вибрации на основе частотной области (FD) с использованием метода БПФ, во-первых, анализ необработанного сигнала вибрации на основе различных частотных диапазонов (диапазоны низких и высоких частот).
• ➢ Найдите чувствительный диапазон частот для обнаружения различных уровней кавитации в насосе, используя фигуры водопада (трехмерные фигуры) для сравнения сигналов вибрации в различных условиях.
• ➢ Анализ амплитуды сигнала вибрации в различных частотных диапазонах и широком диапазоне рабочих условий на основе частотной области (FD) с использованием различных статистических характеристик, таких как средние и среднеквадратичные амплитуды вибрации.
• ➢ Обнаружение различных уровней кавитации (отсутствие кавитации, возникновение, развитие и полное развитие кавитации) внутри насоса с помощью вышеуказанных функций.
• ➢ Сравните указанные выше характеристики, чтобы найти чувствительный частотный диапазон в анализе частотной области (FDA) для обнаружения различных уровней кавитации в насосе.Кроме того, все вышеперечисленные этапы были обработаны с использованием кода MATLAB.

Блок-схема анализа обработки данных вибрации.

Подробности анализа данных вибрации во временной и частотной областях в различных диапазонах рабочих условий и частотных диапазонах с использованием вышеуказанной методологии представлены и обсуждаются в следующих разделах.

3.2. Анализ сигнала вибрации на основе временной области (формы волны) при различных расходах

Анализ формы волны во времени (TWFA) сигнала виброускорения был сравнен при нормальных и кавитационных рабочих условиях.Результаты экспериментов изображены и сгруппированы по разным расходам. Явление кавитации внутри насоса может быть обнаружено с помощью системы мониторинга состояния с помощью анализа формы волны во времени (TWFA). Сигналы различных форм колебаний, регистрируемые датчиком акселерометра, установленным на корпусе центробежного насоса, показаны на рис. На этом рисунке показано соотношение между амплитудой и временем сигналов вибрации при различных расходах для различных рабочих условий, которые рассматривались как нормальные рабочие условия без кавитации и ненормальные рабочие условия с кавитацией, перечисленные в таблице, и скорость вращения насоса 2755 об / мин.Как видно из этого рисунка, существуют разные уровни амплитуд колебаний в зависимости от изменения расхода. Например, когда насос работает в низком диапазоне расхода, например, между 152 и 302 (л / мин), уровни амплитуд колебаний почти одинаковы. Также стоит отметить, что при низком диапазоне расхода уровни амплитуд колебаний ниже, чем при работе насоса при высоком расходе. Однако в большом диапазоне расхода, например от 331 до 352 (л / мин), уровни вибрации начали увеличиваться.Очевидно, что в диапазоне расхода от 362 до 378 (л / мин) значения амплитуд колебаний быстро увеличиваются, результаты показывают, что сигнал амплитуды колебаний увеличивается с увеличением расхода. Можно рассмотреть две возможные причины этого явления. Первый из-за сильного взаимодействия между рабочим колесом и областью спирального язычка, такое взаимодействие происходит именно в этой области по двум важным причинам. Первая причина, когда лопасти задней кромки крыльчатки находятся рядом, а затем они пересекли область гребня во время вращения крыльчатки, и вторая причина, когда область гребня находилась между двумя лопатками задней кромки крыльчатки.Вторая основная причина увеличения амплитуды вибрации в основном связана с явлением зарождающейся кавитации, имеющей место при высокой скорости потока, и она будет развиваться при увеличении скорости потока. В этом случае тенденция амплитуды вибрации была более случайной с высокими пиками по сравнению с нормальными рабочими условиями. Причина этого заключается в том, что при возникновении кавитации в насосе возникают очень маленькие пузырьки, и эти маленькие пузырьки схлопываются и, следовательно, приводят к изменению формы и амплитуды сигналов вибрации.Кроме того, можно видеть, что возникновение кавитации является одной из ключевых причин, вызывающих нестабильность потока внутри насоса. Сравнивая рисунки (а) и (р), можно сделать вывод, что сигналы вибрации чувствительны к предсказанию кавитации внутри насоса.

A) Амплитуда вибрации от 382 до 307 (л / мин) и B) от 302 до 103 (л / мин) при 2755 об / мин.

Как видно из рисунка выше, изменение уровня амплитуды вибрации изменяется в соответствии с изменениями расхода.Однако такие отклонения показали, что полезные доказательства, касающиеся информации, касающейся обнаружения явления кавитации внутри насоса, с использованием анализа формы волны во времени (TWFA). Для извлечения полезных функций необработанных данных в методе мониторинга состояния (CM) используется статистический анализ, который сильно зависит от типа исследуемого сигнала. Чтобы получить дополнительную информацию относительно анализа сигналов вибрации, в этом разделе был проанализирован сигнал вибрации во временной области с использованием различных типов статистических характеристик, таких как пиковые значения, среднеквадратичные значения, размах колебаний и значения дисперсии.Чтобы получить четкое представление о том, как изменяется амплитуда вибрации при различных расходах, и, следовательно, для прогнозирования и диагностики явления кавитации в центробежном насосе при различных условиях эксплуатации. Кроме того, анализ вышеуказанных функций выполняется с использованием кода MATLAB. Уровень виброустойчивости насоса связан с его производительностью. Для данного исследования конструкция экспериментальной установки для системы контура центробежного насоса может работать в различных условиях эксплуатации.

3.3. Анализ сигнала вибрации с использованием пиковых и среднеквадратичных значений во временной области

Как упоминалось ранее, для анализа выборки сигналов вибрации в различных рабочих условиях различные статистические характеристики сигналов вибрации использовались в анализе во временной области (TDA), включая пиковые и среднеквадратичные значения. значения. Функция пикового и среднеквадратичного значений (RMS) в сигнале вибрации была полезной функцией для мониторинга состояния систем. Эти статистические характеристики широко используются при мониторинге состояния в отношении содержания энергии сигнала.Расчет среднеквадратичного значения производится с помощью уравнения, приведенного в четвертом исследовании. Необработанные данные о вибрации получают из экспериментальной установки и затем обрабатывают во временной области. изображает анализ сигнала вибрации для центробежного насоса с использованием вышеуказанных статистических значений. Для обнаружения возникновения и развития условий кавитации, различных типов рабочих условий расхода, таких как низкий расход от 100 до 250 (л / мин), расчетный расход при 300 (л / мин) и высокий расход от 320 до 378 (л / мин), при постоянной скорости вращения насоса 2755 об / мин.Можно видеть, что на этих рисунках есть небольшое указание на изменение уровня вибрации при расходах ниже 350 (л / мин). Однако при расходе выше 350 (л / мин) уровень вибрации значительно возрастает. Однако результаты экспериментальных измерений показали, что одна и та же тенденция наблюдается для всех статистических характеристик сигналов вибрации при различных расходах. Все эти тенденции статистических параметров быстро увеличиваются, когда центробежный насос работает с расходом 350 (л / мин).Одна из основных причин заключается в возникновении кавитации при данной скорости потока. Вторая причина связана с взаимодействием между рабочим колесом и областью улитки с язычком, в результате чего колебания давления достигают наивысшего пика внутри насоса, возникающего очень близко к этой области язычка. Однако значения и уровни колебаний давления внутри насоса увеличиваются или уменьшаются по величине, когда лопасти задней кромки рабочего колеса находятся близко или далеко от области спирального язычка.Более того, можно заметить, что для расхода от 100 до 300 (л / мин) среднеквадратичное значение приблизительно ниже, чем у пиковых значений, как показано на рисунке. Это связано с нестабильностью потока внутри насоса при высоком расходе. . Кроме того, можно заметить, что быстрое увеличение начального значения для пикового значения было раньше, чем для функции RMS. Результаты показывают, что использование пиков и среднеквадратичных значений в анализе во временной области (TDA) позволяет прогнозировать кавитацию в центробежном насосе при высоких расходах.Из-за характеристик кавитации в центробежных насосах, как показано в предыдущих разделах на рисунке, было очевидно, что, когда скорость потока была выше, чем расчетная скорость потока, это приводило к возникновению кавитации в насосе. На этом основании и на основании вышеизложенных выводов можно сделать вывод, что кавитация была центральной проблемой увеличения уровня вибрации в центробежном насосе. Следовательно, анализ сигнала вибрации во временной области может рассматриваться как показатель для первого определения состояния насоса, в дополнение к тому, когда в насосе возникла кавитация.Кроме того, пиковое значение характеристики было более чувствительным по сравнению со среднеквадратичным значением для обнаружения возникновения кавитации. Исследование сигналов вибрации с использованием пиковых и среднеквадратичных значений дает полезную информацию о состоянии центробежного насоса. Следовательно, анализ тенденции амплитуды вибрации вместе с расходами может обеспечить хороший индикатор для обнаружения кавитации. Следовательно, для прогнозирования кавитации можно использовать различные статистические параметры для отслеживания тенденции амплитуды вибрации, такие как размах колебаний и значения дисперсии, как мы увидим в следующем разделе.

A) Пиковое значение и B) Среднеквадратичное значение амплитуды вибрации центробежного насоса при 2755 об / мин.

3.4. Анализ значений размаха и дисперсии на основе временной области (TD)

Взаимосвязь между уровнем вибрации и различными расходами в центробежном насосе может предоставить дополнительную информацию об обнаружении кавитации за счет использования других типов статистических характеристик тенденций, таких как значения размаха и дисперсии. Значение дисперсии можно рассчитать с помощью уравнения, приведенного в четвертом исследовании.Для дальнейшего анализа сигналы вибрации для центробежного насоса во временной области отображают значения размаха и дисперсии при различных расходах и скорости вращения насоса 2755 об / мин. На этих рисунках ясно видно, что значения размаха и дисперсии имеют примерно такую ​​же тенденцию, как и тенденции пиковых и среднеквадратичных значений. Можно заметить, что нет значительного изменения значений размаха и дисперсии, когда центробежный насос работает при низкой скорости потока от 100 до 300 (л / мин).Кроме того, как видно при расходе свыше 350 (л / мин), амплитуды вибрации быстро увеличивались, как показано на этих рисунках. Для сравнения между различными расходами, уровень амплитуды вибрации был быстро изменен с увеличением значения расхода, особенно при расходе с 350 до 378 (л / мин). Когда центробежный насос работает с низким расходом, а скорость вращения насоса поддерживается постоянной на уровне 2755 об / мин, можно заметить, что кавитации не произошло. При той же скорости вращения, но при высоком расходе в насосе затем начинает происходить кавитация, и по мере непрерывного увеличения расхода кавитация также увеличивается, что приводит к работе насоса в условиях полностью развитой кавитации.Другими словами, можно видеть, что когда NPSHa меньше, чем NPSHr, это приводит к возникновению кавитации. Кроме того, также можно наблюдать, что значение размаха быстро увеличивается по сравнению со значением дисперсии. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что значение размаха было более чувствительным по сравнению со значением дисперсии. Кроме того, результат показывает, что использование статистических характеристик, таких как значения размаха и дисперсии, для анализа данных вибрации во временной области, полученных в результате экспериментальных измерений, может быть подходящим методом для определения возникновения и развития кавитации в насос в различных условиях эксплуатации.Основываясь на приведенных выше результатах, можно заметить, что возникновение кавитации внутри насоса было важной причиной увеличения уровня амплитуды вибрации.

A) Размах и B) значения дисперсии амплитуды вибрации внутри центробежного насоса при 2755 об / мин.

Анализ сигналов вибрации с использованием значений пика, среднеквадратичного значения, размаха и дисперсии во временной области показывает быстрое увеличение при скорости потока 352 (л / мин). Основываясь на приведенных выше результатах, амплитуду вибрации можно использовать в качестве порога для обнаружения кавитации и, следовательно, этот порог можно использовать для определения различных уровней кавитации в насосе.Кроме того, анализ изменения уровней амплитуды вибрации в центробежном насосе при различных экспериментальных измерениях расхода при анализе во временной области (TDA) соответствовал характеристикам кавитации, которые были представлены с использованием кривой NPSH.

На основании вышеизложенного исследования можно увидеть, что анализ амплитуды сигналов вибрации с использованием различных статистических характеристик во временной области имеет примерно такую ​​же тенденцию по сравнению с характеристиками кавитации, которые были представлены с использованием кривой NPSHr.Сигналы NPSHr и вибрации увеличиваются по мере увеличения расхода. Для дальнейшей количественной оценки сигналов вибрации с использованием различных статистических характеристик суммируются значения пика, среднеквадратичного значения, размаха до пика и дисперсии при различных уровнях условий кавитации при различных расходах и скорости вращения насоса 2755 об / мин. Видно, что значения всех вышеперечисленных статистических характеристик сигнала вибрации увеличиваются по мере увеличения уровня кавитации, что соответствует той же тенденции, что и на кривой NPSH.Это происходит из-за того, что в насосе происходит процесс кавитации, и он будет развиваться с высокой скоростью потока, что приведет к возникновению нестабильного потока и, следовательно, к увеличению колебаний давления, что приведет к увеличению уровня шума и вибрации. Кроме того, результаты показали, что степень кавитации имеет разные уровни увеличения. Отсутствие кавитации при низком расходе 103 (л / мин), начало при 331 (л / мин), развитие кавитации при 352 (л / мин) и, очевидно, самый высокий уровень кавитации (полное развитие) происходит при 378 ( л / мин).Можно сделать вывод, что из приведенных выше результатов уровень устойчивости к вибрации и серьезность кавитации в насосе напрямую связаны с расходом насоса.

Таблица 2

Пиковое значение, среднеквадратичное значение, размах колебаний и значение дисперсии при различных уровнях кавитации при разных расходах и скорости вращения насоса 2755 об / мин.

.78 117186

Степень кавитации	Расход	Пиковое значение	Среднеквадратичное значение	Пиковое значение	Значение отклонения
	/ с 2 )	(м / с 2 )	(м / с 2 )	(м / с 2 )
Без кавитации	103	6,71	63,43	45
Начало кавитации	331	79,88	13,25	165,87	43,3									242,86	175,6
Полное развитие кавитации	378	457,66	73,82	921,14	5099.6

Во время экспериментальных испытаний центробежного насоса можно четко заметить, что сигнал вибрации изменялся во временной области при расходе выше 350 (л / мин), что означает, что в этот момент насос работал в условиях кавитации. Основная причина этого заключается в том, что значение NPSHr было выше, чем NPSHa. Кроме того, на основе характеристик кавитации в центробежном насосе и анализа сигнала вибрации во временной области, изображенного на приведенных выше рисунках.Можно заметить, что кавитация была существенной причиной увеличения вибрации насоса, и, следовательно, на основании исследования сигнала вибрации можно сделать вывод, что анализ сигнала вибрации в анализе во временной области (TDA) обеспечивает начальную индикацию для прогнозирования. кавитация в насосе. Следовательно, для дополнительных исследований и понимания с целью прогнозирования и диагностики возникновения и развития кавитации в центробежном насосе требуются более конкретные характеристики.Эти функции могут быть обнаружены путем преобразования и анализа сигналов вибрации в частотной области (FD) с использованием метода быстрого преобразования Фурье (FFT). Подробности анализа данных вибрации в частотной области в различных диапазонах расходов и частот представлены и обсуждаются в следующем разделе.

3.5. Анализ сигналов вибрации на основе частотной области (FD) при различных расходах

Как упоминалось в предыдущем разделе, уровень амплитуды сигнала вибрации сильно зависит от рабочих условий расхода внутри насоса.Результаты анализа во временной области показали, что когда насос работает с низким расходом, который меньше проектного расхода, возникает минимальный уровень вибрации. Но когда насос работает в условиях, превышающих расчетный расход, возникает большая вибрация и шум. Это объясняется несколькими причинами, но одна причина в основном связана с взаимодействием между лопастями рабочего колеса и частью спирального язычка, близко к области языка. Другая причина может быть связана с увеличением турбулентного потока внутри насоса.Самая важная причина связана с явлением кавитации, которое произошло при высокой скорости потока. Сигналы вибрации были собраны с помощью датчика акселерометра. Явление кавитации в насосе можно идентифицировать, обнаружив изменение амплитуд сигнала вибрации, что будет подробно обсуждаться в следующем разделе.

3.6. Анализ базовой частоты в центробежном насосе

показывает частоту вибрационного сигнала для центробежного насоса при проектном расходе 300 (л / мин) и на основе диапазона частоты от 0 Гц до 1 кГц и скорости вращения насоса 2755 об / мин.Можно видеть, что из этого рисунка диапазоны частот от 0 Гц до 1 кГц и характеристики частот, которые возникают в насосе, в основном связаны с периодичностью потока внутри центробежного насоса. Из-за взаимодействия между лопастями рабочего колеса и перекачиваемым потоком и высокого взаимодействия между лопастями рабочего колеса и неподвижной частью (например, областью спирального гребня), как упоминалось ранее, можно заметить, что две основные доминирующие частоты, которые были созданы в диапазоне частот преобладающая частота в этом диапазоне связана с частотой вращения вала (Rf), частотой прохождения лопастей (BPF) и их гармониками.Кроме того, можно видеть, что из этого рисунка первая частота вращения при расчетном расходе имела место на 45,91 Гц, а его вторая, третья и четвертая гармоники возникли на 91,8, 137,7 и 183,6 Гц соответственно. Кроме того, первая частота прохождения лопастей имеет место на 229,58 Гц, а вторая гармоника — на 459,16 Гц. Кроме того, можно заметить, что некоторые дополнительные частоты генерируются из-за различных источников, таких как приводной двигатель и охлаждающий вентилятор, который использовался для охлаждения двигателя насоса.

Базовая частота сигнала вибрации находится в диапазоне от 0 Гц до 1 кГц при расчетной скорости потока при 2755 об / мин.

Многие исследователи насосов использовали диапазон высоких частот вибрации выше 20 кГц для прогнозирования и диагностики любых неисправностей и отказов. В этом текущем исследовании была предпринята попытка использовать и проанализировать низкочастотные диапазоны, менее 20 кГц, для обнаружения кавитации в центробежном насосе. Важной причиной использования последнего метода является снижение стоимости датчика акселерометра.Подробности использования этого метода в анализе частотной области (FDA) в различных диапазонах расходов представлены и обсуждаются в следующем разделе.

3,7. Анализ сигналов вибрации на основе частотной области при различных расходах

Для измерения сигнала вибрации было проведено несколько экспериментальных измерений. Для дальнейшего анализа был проведен анализ в частотной области при изучении влияния различных измерений расхода на амплитуду вибрации.Для этого в этом разделе была использована трехмерная фигура. Этот рисунок позволяет сравнивать более одного сигнала амплитуды вибрации в частотной области и, следовательно, можно проиллюстрировать, как на этом рисунке изменяется амплитуда вибрации в центробежном насосе при различных условиях эксплуатации. С этой целью, чтобы изучить влияние и чувствительность использования различных частотных диапазонов, а также проанализировать, обнаружить и затем диагностировать возникновение и развитие кавитации в центробежном насосе с использованием сигнала вибрации в частотной области, диапазон широкополосной частоты составляет разделен на четыре основные части, чтобы получить очевидное представление о доминирующих частотах в насосе: первая часть имеет дело с низким диапазоном широкополосных частот, начиная с 0 Гц до 1 кГц.В то время как вторая часть касается диапазона широкополосных частот от 1 кГц до 2 кГц, третья часть — от 2 кГц до 10 кГц и заключительная часть от 10 кГц до 15 кГц, как показано в следующем разделе.

3.8. Предсказание кавитации в насосе в диапазоне частот от 0 Гц до 2 кГц.

отображает трехмерную фигуру сигналов вибрации в частотной области на основе различного диапазона частот. Первый находится в диапазоне частот низкого диапазона от (а) от 0 Гц до 1 кГц, а второй — в диапазоне частот от (b) 1 кГц до 2 кГц при различных измерениях расхода и скорости вращения крыльчатки 2755 об / мин.Можно видеть, что на обоих рисунках есть небольшие различия в уровне амплитуды вибрации внутри центробежного насоса, когда насос работает менее 300 (л / мин). Тем не менее, можно ясно увидеть, что происходит значительное увеличение уровня амплитуды вибрации, которое произошло, когда насос работает с расходом выше 350 (л / мин). Можно заметить, что это увеличение уровня амплитуды вибрации происходит для обоих диапазонов частот от (0 Гц до 1 кГц) и (1 кГц – 2 кГц) соответственно.Причина этого заключается в сильном взаимодействии воды и лопастей крыльчатки, а также во взаимодействии между крыльчаткой и улиткой. Более того, одна важная причина связана с возникновением кавитации внутри насоса. Также из этого рисунка следует отметить, что при расходе выше 350 (л / мин) развитие кавитации уже произошло. Это происходит из-за более мелких пузырьков пара, образующихся внутри и вокруг каналов рабочего колеса, и, следовательно, пузырьков, препятствующих перекачиваемому потоку.В результате эти пузырьки вызывают повышение уровня вибрации и шума внутри насоса, что в свою очередь приводит к снижению производительности насоса. Следовательно, снижение производительности насоса является надежным признаком того, что в нем произошла кавитация. Кроме того, доминирующие частоты для обоих частотных диапазонов связаны с частотой вращения вала (Rf), частотой прохождения лопастей (BPF) и их гармониками. Кроме того, как упоминалось в этом разделе, можно заметить, что уровень вибраций был тесно связан с возникновением кавитации в насосе.

A) Амплитуда вибрации при различных расходах и диапазоне частот вибрации от 0 Гц до 1 кГц, и B) 1 кГц – 2 кГц при 2755 об / мин.

3.9. Спрогнозируйте кавитацию в насосе в диапазоне частот от 2 Гц до 15 кГц.

изобразите трехмерный сигнал вибрации в анализе частотной области (FDA), а диапазон частот составляет от (a) 2 Гц до 10 кГц и (b) от 10 Гц до 15 кГц соответственно , при различных расходах и частоте вращения насоса 2755 об / мин. Можно видеть, что этот диапазон частот имеет те же тенденции, что и предыдущие цифры, для уровня амплитуды вибрации в частотной области при расходе менее 350 (л / мин).Однако тенденция амплитуды вибрации увеличивается с увеличением расхода; Также стоит отметить, что амплитуды вибрации при высоких расходах имеют гораздо более высокую интенсивность по сравнению с низкими расходами из-за возникновения кавитации при расходах ниже 350 (л / мин). После возникновения кавитации изменение уровня амплитуды вибрации увеличивается по мере увеличения расхода. Когда кавитация постоянно увеличивается, это означает, что насос работает в условиях, когда кавитация полностью развита, что приводит к увеличению уровня амплитуды сигнала вибрации, особенно при более высокой скорости потока.Из-за возникновения кавитации в насосе пузырьки начинают формироваться и схлопываться внутри насоса, что напрямую влияет на уровень амплитуды вибрации. Кроме того, можно заметить, что высокочастотный диапазон был более чувствительным для обнаружения кавитации, особенно при высокой скорости потока, по сравнению с низкочастотным диапазоном.

A) Амплитуда вибрации при различных расходах и диапазоне частот вибрации от 2 Гц до 10 кГц, и B) от 10 Гц до 15 кГц при 2755 об / мин.

Как видно из приведенных выше данных, амплитуда вибрации, когда насос работает в начальной стадии и при полностью развитой кавитации, была выше, чем без кавитации (при низком расходе) в другом диапазоне частот, как показано на предыдущих рисунках.Объяснение увеличения уровня амплитуды вибрации можно четко заметить в высокой скорости потока, что связано с началом и развитием процесса кавитации в центробежном насосе в то время. В то время как возникновение кавитации происходит из-за снижения давления на входе в ушке рабочего колеса под давлением водяного пара, вызывая образование пузырьков в этой области. При уменьшении входного давления эти пузырьки начинают увеличиваться в размере из-за увеличения скорости потока, что затем приводит к увеличению скорости потока, что вызывает дальнейшее снижение входного давления в этой области.Когда возникает кавитация, это увеличивает пузырьки пара, тем самым вызывая повышение уровня вибрации из-за того, что поток на впускном отверстии крыльчатки становится более турбулентным. В основном это происходит из-за взрыва пузырьков, окружающих поверхность рабочего колеса. Кроме того, этот процесс схлопывания и образования пузырьков может вызвать повреждение деталей насоса, особенно лопастей рабочего колеса, и, следовательно, вызвать значительное снижение производительности насоса. Можно видеть, что из приведенного выше анализа амплитуды колебаний меняются в зависимости от расхода и различного диапазона частот.Кроме того, на приведенных выше рисунках показано, что амплитуда вибрации для диапазона частот находится в пределах (0–1,5 м / с ² ), частота диапазона 1–2 кГц была (0–1 м / с ² ) при высоких частота диапазона 2–10 кГц была (0–2 м / с ² ), а при частоте диапазона 10–15 кГц была (0–3 м / с ² ). Следовательно, также можно заметить, что амплитуда вибрации увеличивается по мере увеличения диапазона частот, и эти диапазоны частот меняются в соответствии с различными расходами. В результате на основании вышеизложенного можно сделать вывод, что при увеличении расхода увеличивается амплитуда вибрации.Это позволило точно определить, когда внутри насоса возникает кавитация. Начало кавитации произошло до скорости потока 350 (л / мин), и она полностью развернулась, когда скорость потока была выше 350 (л / мин). Кроме того, из приведенных выше рисунков было замечено, что есть две доминирующие частоты, а именно частота вращения (Rf) и частота прохождения лопасти (BPF). По пику этих частот и их гармоник они могут служить альтернативным индикатором возникновения кавитации.

Можно видеть, что из приведенных выше цифр диапазон частот 10 кГц-15 Гц был более чувствительным для обнаружения кавитации в центробежном насосе по сравнению с другим диапазоном частот. Однако можно заметить, что диапазон частот от 1 кГц до 2 Гц был столь же чувствительным, чтобы обнаружить кавитацию. Результаты показали, что вибрация в центробежном насосе вызвана возникновением явления кавитации, которое обычно вызывает увеличение уровня амплитуды вибрации, которое можно заметить в различных диапазонах частот от 0 до 15 кГц.Кроме того, результаты показали, что использование метода БПФ для обработки сигналов в частотной области для обнаружения кавитации в центробежном насосе было эффективным методом.

3.10. Анализ амплитуды вибрации в частотной области с использованием различных статистических функций

Как показано в предыдущем разделе, для анализа уровня амплитуды вибрации на основе различного диапазона частот используются трехмерные фигуры. Это может дать больше информации о возникновении и развитии кавитации в насосе.Однако во время этой экспериментальной работы анализ сигнала вибрации на основе частотной области также помогает обнаружить кавитацию внутри насоса. Более того, сравнение амплитуды вибрации в различных условиях эксплуатации помогает сопоставить вариации уровня амплитуды вибрации с различными характеристиками кавитации насоса. В этом разделе анализируется сигнал амплитуды вибрации в частотной области с использованием различных статистических характеристик, таких как средние и среднеквадратичные значения амплитуды вибрации.Кроме того, анализ этих функций выполняется с использованием кода MATLAB. В этом разделе, чтобы получить более подробную информацию об анализе сигнала вибрации, использовался другой диапазон широкополосных частот, поскольку датчик акселерометра также имеет широкий диапазон частот и, следовательно, может использоваться для измерения другого диапазона. частот в центробежном насосе. В целях сравнения в этом исследовании вибрации в различных диапазонах частот будут проанализированы и обсуждены во время исследования, чтобы найти чувствительный диапазон частот для обнаружения возникновения кавитации в насосе.

3.11. Анализ частоты вибрации с использованием среднего значения амплитуды вибрации

описывает анализ сигнала вибрации с использованием среднего значения амплитуды вибрации для различных диапазонов частот, а именно (0 Гц – 1 кГц), (1 кГц – 2 кГц), (2 кГц – 10 кГц) и (10 кГц– 15 кГц) соответственно в рабочих условиях, включая скорость потока, указанную в таблице, и скорость вращения насоса 2755 об / мин. Эту же тенденцию можно увидеть в амплитуде колебаний как в низком, так и в высоком диапазоне частот. Минимальная амплитуда вибрации для малого расхода меньше проектного расхода 300 (л / мин), и нет значительного изменения уровня амплитуды вибрации в этих условиях эксплуатации.Однако результаты показали, что быстрое увеличение уровня амплитуды вибрации при высоком расходе, превышающем расчетный расход, превышающий 350 (л / мин). Это означает, что это увеличение означает, что кавитация произошла и начала увеличиваться в насосе, что было связано с тем, что NPSHr был выше по сравнению с NPSHa. Эти результаты полностью соответствуют результатам, полученным в предыдущем разделе. Таким образом, можно сделать вывод, что уровень амплитуды вибрации является хорошим показателем для прогнозирования и диагностики кавитации в насосе.Более того, из приведенного выше анализа уровня амплитуды вибрации дополнительно было замечено, что результат не ограничивается каким-либо конкретным диапазоном широкополосных частот. Однако этого можно добиться за счет использования различных диапазонов широкополосной частоты.

Среднее значение амплитуды колебаний в диапазоне частот от 0 Гц до 15 кГц при 2755 об / мин.

3.12. Анализ частоты вибрации с использованием среднеквадратичного значения амплитуды вибрации

Для дальнейшего анализа сигнала вибрации в частотной области показан анализ сигнала вибрации с использованием среднеквадратичного значения амплитуды вибрации для различного диапазона широкополосных частот, а именно (0 Гц – 1 кГц), (1 кГц – 2 кГц) ), (2 кГц – 10 кГц) и (10 кГц – 15 кГц) соответственно, в рабочих условиях, включая различные скорости потока, как показано в таблице, и скорость вращения насоса 2755 об / мин.Хорошо видно, что среднеквадратичное значение имеет тот же тренд амплитуды колебаний в среднем значении, но разные значения амплитуд колебаний. Во время экспериментальных измерений видно, что нет значительного изменения амплитуды колебаний между 100 и 300 (л / мин). Но амплитуды вибрации быстро увеличиваются при расходе выше 350 (л / мин). Это означает, что в этот момент насос работал в условиях кавитации из-за того, что NPSHr было выше, чем NPSHa.

Среднеквадратичное значение амплитуды вибрации в диапазоне частот от 0 Гц до 15 кГц при 2755 об / мин.

Можно заметить, что из приведенных выше результатов использование статистических характеристик, таких как средние и среднеквадратичные значения, для анализа сигнала вибрации в частотной области может предоставить больше информации относительно прогнозирования кавитации в центробежном насосе. Кроме того, во время экспериментального исследования в этом исследовании было замечено, что частота низкого диапазона от 0 Гц до 2 кГц чувствительна к предсказанию кавитации.Следовательно, из приведенного выше результата можно сделать вывод, что анализ сигнала вибрации на основе различных диапазонов широкополосных частот от 0 Гц до 15 кГц является эффективным для прогнозирования кавитации, особенно в диапазоне широкополосных частот от 1 до 2 кГц. В частотном диапазоне 1–2 кГц нет значительных изменений, когда насос работает ниже 350 (л / мин), как показано на рисунке, а максимальное среднеквадратичное значение составляло 0,088 м / с ² при примерно 152 (л / мин). Однако после 350 (л / мин) значение RMS увеличивается до 0.113 м / с ² при 365 (л / мин), что означает, что процентное увеличение для RMS составило 21,45%. Более того, это увеличение уровня сигнала вибрации было связано с взаимодействием между рабочим колесом и спиральной камерой, а также с возникновением кавитации в насосе, как упоминалось ранее. В результате датчик акселерометра с низким диапазоном частот может обеспечить хорошую индикацию для прогнозирования и диагностики кавитации в насосе и, следовательно, приводит к снижению стоимости датчика по сравнению с использованием акселерометра с высоким диапазоном частот.Кроме того, анализ изменения уровней амплитуды вибрации в центробежном насосе при различных экспериментальных измерениях расхода в анализе частотной области (FDA) в разном диапазоне частот был согласован с характеристиками кавитации, которые были представлены с использованием кривой NPSH. На основании вышеизложенных выводов видно, что при возникновении кавитации в насосе уровень вибрации увеличивается. Это происходит из-за образования и роста пузырьков пара внутри каналов рабочего колеса.Более того, когда эти пузырьки перемещаются и достигают области более высокого давления в насосе, они начинают быстро схлопываться, вызывая более нестабильный поток, а затем также вызывают увеличение колебаний давления в насосе, что затем приводит к увеличению уровня вибрации. Кроме того, вышеупомянутые исследования показали, что анализ сигналов амплитуды вибрации с использованием различных статистических характеристик в частотной области имеет примерно такую ​​же тенденцию по сравнению с характеристиками кавитации, которые были представлены с использованием NPSHr.Поэтому для дальнейшей количественной оценки сигнала вибрации в анализе частотной области (FDA) таблицы и суммируют средние и среднеквадратические значения амплитуд вибрации при различных уровнях кавитации при разных расходах, скорости вращения насоса 2755 об / мин и для разных частотных диапазонов. Видно, что значения всех вышеперечисленных статистических характеристик вибросигнала увеличиваются с увеличением уровня кавитации. Это происходит из-за того, что в насосе возникает кавитация, которая особенно увеличивается при высокой скорости потока, вызывая более нестабильный поток, который затем увеличивает уровень вибрации.Кроме того, можно сделать вывод, что уровень вибрации и серьезность кавитации внутри насоса напрямую связаны с расходом насоса.

Таблица 3

Среднее значение амплитуды вибрации при различных уровнях кавитации при разных расходах и скорости вращения насоса 2755 об / мин.

1 кГц – 2 кГц

---

Степень кавитации	Расход	Среднее значение	Среднее значение	Среднее значение	Среднее значение
	(л / мин)1				2 кГц – 10 кГц	10–15 кГц
		(м / с 2 )	(м / с 2 )	(м / с	(м / с ) (м / с 2 )
Без кавитации	103	0.0471	0,0609	0,0343	0,0904
Начало кавитации	331	0,0719	0,0635	0,0652	0.20976						0,1065	0,3235
Полное развитие кавитации	378	0,1284	0,288	0,4742	1.0666

Таблица 4

Среднеквадратичное значение амплитуды вибрации при различных уровнях условий кавитации при разных расходах и скорости вращения насоса 2755 об / мин.

1 / мин 1 кГц – 2 кГц

---

кавитация 0,1309

Степень кавитации	Расход	Среднеквадратичное значение	Среднеквадратичное значение	Среднеквадратичное значение	Среднеквадратичное значение
2 кГц – 10 кГц	10–15 кГц
(м / с 2 )	(м / с 2 )	(м / с	(м / с ) (м / с 2 )
Без кавитации	103	0.0578	0,0819	0,043	0,0944
Начало кавитации	331	0,0866	0,0764	0,0783	0,2223						0,3434
Полное развитие кавитации	378	0,1595	0,3318	0,5543	1.153

Как правило, после исследования и обсуждения, проведенного в отношении производительности и прогнозирования кавитации в центробежном насосе при различных расходах. В следующих разделах обсуждаются и анализируются детали влияния различных скоростей вращения насоса на производительность и прогнозирование условий кавитации с использованием техники вибрации во временной и частотной области.

3.13. Влияние различных скоростей вращения насоса для прогнозирования кавитации в центробежном насосе с использованием метода вибрации

Как упоминалось и ясно наблюдалось в предыдущих разделах, производительность насоса напрямую зависела от различных условий эксплуатации.Таким образом, распределение характеристик потока, такое как давление и скорость, возникновение кавитации, а также нестабильность поля потока в центробежном насосе, можно прогнозировать по-разному в различных условиях эксплуатации. Следовательно, все эти параметры могут влиять на поле потока, производительность насоса и обнаружение кавитации при различных скоростях вращения насоса. Дальнейший анализ сигнала вибрации для этого исследования будет представлен с целью экспериментального прогнозирования явления кавитации в центробежном насосе.Влияние различных скоростей вращения насоса 2610, 2320 и 2030 об / мин соответственно, соответствующих 0,9Nd, 0,8Nd и 0,7Nd, где Nd обозначает расчетную скорость вращения, и она равна 2900 об / мин, было выбрано для целей анализа. Скорость вращения насоса точно регулируется с помощью электронного инвертора на панели управления. Изменен диапазон производительности насоса (расхода) в зависимости от скорости вращения насоса. В следующих разделах представлены результаты, полученные в результате экспериментального расчета насоса при различных скоростях вращения насоса.

Для сравнения между вышеупомянутыми случаями изображен напор вышеупомянутых случаев при различных скоростях вращения насоса. Можно заметить, что напор в центробежном насосе имеет непрерывную тенденцию к снижению с увеличением расхода при различных исследуемых скоростях вращения. Также ясно видно, что напор при N = 2755 об / мин значительно выше, чем для трех других случаев: N = 2610 об / мин, N = 2320 об / мин и N = 2030 об / мин. Результаты показали, что насос начинает работать в условиях кавитации с расходом выше расчетного, а затем увеличивается с расходом выше 350 (л / мин).Это означает, что когда насос работает с высокой скоростью потока, это приводит к снижению давления всасывания на входе быстрее, чем при низкой скорости потока, и, следовательно, кавитация будет происходить быстрее. Кроме того, из приведенных выше выводов можно сделать вывод, что напор центробежного насоса увеличивается по мере увеличения скорости вращения насоса. Кроме того, частота вращения насоса пропорциональна возникновению кавитации внутри насоса. Это означает, что при увеличении скорости вращения насоса возникновение кавитации также увеличивается из-за снижения давления на входном отверстии рабочего колеса, которое становится ниже давления пара.

Сравнение напора центробежного насоса при различных скоростях вращения насоса.

В целях сравнения между вышеупомянутыми случаями на основе анализа во временной области (TDA) изображены статистические характеристики, такие как пиковое значение, среднеквадратичное значение, размах и дисперсия значений вышеупомянутых случаев при различных скоростях вращения насоса. Видно, что максимальная пиковая характеристика для N = 2755 об / мин значительно выше, чем для трех других случаев. Например, для N = 2610 об / мин оно больше на 13.38%, при N = 2320 об / мин на 15,48% и N = 2030 об / мин на 36,60%. Более того, максимальное среднеквадратичное значение для N = 2755 об / мин выше, чем в остальных трех случаях, уже перечисленных на 11,72%, 29,98% и 52,53% соответственно. Кроме того, максимальная размах колебаний для N = 2610 об / мин выше, чем для других случаев, на 13,025%, 13,45% и 33,24% соответственно, а также максимальное значение дисперсии на 16,66%, 42,19% и 75,93% соответственно, как приведены в . Из приведенных выше результатов можно сделать вывод, что частота вращения насоса пропорциональна увеличению амплитуды колебаний.Это означает, что при увеличении скорости вращения насоса амплитуда колебаний также увеличивается из-за возникновения кавитации внутри центробежного насоса. Когда пузырьки пара образуются из-за кавитации в течение длительного периода времени, эти пузырьки схлопываются, что приводит к снижению производительности насоса, а также к повреждению некоторых частей насоса из-за эрозии поверхностей насоса. Кроме того, обнаружение начала кавитации на более ранней стадии поможет продлить срок службы насоса и защитить систему от аварийного отключения.

Сравнение между (A) пиковыми, (B) среднеквадратичными, (C) размахом и (D) значениями амплитуды колебаний центробежного насоса при различных скоростях вращения насоса.

Таблица 5

Сводка результатов статистических характеристик максимального пика, среднеквадратичного значения, размаха до пика и значений дисперсии амплитуды вибрации при различных скоростях вращения насоса.

79185 2320

Скорость вращения	Пиковая	RMS	размах	отклонение
(об / мин)	(м / с 2 (м / с) )	(м / с 2 )	(м / с 2 )
2755	457.66	73,82	921,14	5099,6
2610	396,38	65,17	801,16	4249,5
					294,71	35,04	614,86	1227,0

Кроме того, для целей сравнения между вышеупомянутыми случаями на основе анализа частотной области (FDA) показаны средние значения амплитуды вибрации для вышеупомянутых случаев при различных скоростях вращения насоса и для различных диапазонов частот, включая 0 Гц – 1 кГц, 1–1 кГц, 2–10 кГц и 10–15 кГц.Хорошо видно, что максимальное среднее значение при N = 2755 об / мин значительно выше, чем для трех других случаев, как показано на рисунке. Кроме того, результаты анализа частотной области показали, что среднее значение амплитуды вибрации для различного диапазона частот может использоваться для прогнозирования различных уровней кавитации в центробежном насосе, особенно на частотах низкого диапазона от 0 Гц до 2 кГц. Однако ясно видно, что высокие диапазоны частот более чувствительны к предсказанию кавитации по сравнению с низким диапазоном частот, как показано на этих рисунках.

Сравнение средних значений амплитуды колебаний насоса в частотной области для различных скоростей вращения в диапазоне частот (A) 0 Гц – 1 кГц, (B) 1–2 кГц, (C) 2–10 кГц и (D) 10–1 кГц ниже разные скорости вращения насоса.

Что касается изменений амплитуды колебаний среднего значения для центробежного насоса при различных скоростях вращения насоса и в различных диапазонах частот, включая 0 Гц – 1 кГц, 1–1 кГц, 2–10 кГц и 10–15 кГц, приводится более подробное сравнение всех по вышеуказанным делам ведется расследование.Значения средней характеристики для N = 2755 об / мин для различных диапазонов частот значительно выше, чем для всех трех случаев (N = 2610, N = 2320 и N = 2030 об / мин), как показано в этой таблице. Можно видеть, что анализ сигналов вибрации в частотной области с использованием характеристик средней амплитуды при различных скоростях вращения насоса показывает, что, когда скорость вращения насоса увеличивается, амплитуда колебаний также увеличивается из-за увеличения возникновения кавитации внутри насоса при низкой скорости вращения насоса. разные частотные диапазоны.

Таблица 6

Сравнение средних значений амплитуды вибрации насоса в частотной области при различных скоростях вращения в диапазоне частот 0–15 кГц.

---

об / мин 0.128

Скорость вращения	Среднее значение 0 Гц-1 кГц	Среднее значение 1 кГц – 1 кГц	Среднее значение 2 кГц – 10 кГц	10 кГц )	(м / с 2 )	(м / с 2 )	(м / с 2 )	(м / с 2 )
2755	0,288	0,474	1,066
2610	0,075	0,243	0,444	0,995
2320	0,071		2320	0,071									0,041	0,113	0,176	0,558

Кроме того, для целей сравнения между вышеупомянутыми случаями на основе анализа в частотной области показано среднеквадратичное значение статистической характеристики для вышеупомянутых случаев при разных скоростях вращения насоса и для разных диапазон частот, который включает 0 Гц – 1 кГц, 1–1 кГц, 2–10 кГц и 10–15 кГц.Хорошо видно, что максимальное среднеквадратичное значение для N = 2755 об / мин значительно выше, чем для трех других случаев. Кроме того, результаты анализа частотной области продемонстрировали, что среднеквадратичное значение амплитуды вибрации для различного диапазона частот может использоваться для прогнозирования кавитации в центробежном насосе, особенно на частотах нижнего диапазона от 0 Гц до 2 кГц.

Сравнение среднеквадратичных значений амплитуды колебаний насоса в частотной области для различных скоростей вращения в диапазоне частот (A) 0 Гц – 1 кГц, (B) 1–2 кГц, (C) 2–10 кГц и (D) 10–1 кГц ниже разные скорости вращения насоса.

Кроме того, что касается изменений амплитуды вибрации и тенденций среднеквадратичного значения для центробежного насоса при различных скоростях вращения насоса и для различных диапазонов частот, которые составляют 0 Гц – 1 кГц, 1 кГц – 1 кГц, 2 кГц – 10 кГц и 10–15 кГц, обеспечивает это сравнение между всеми вышеупомянутыми расследуемыми случаями. Значения среднеквадратичных характеристик для N = 2755 об / мин для различного диапазона частот значительно выше, чем для всех трех случаев (N = 2610, N = 2320 и N = 2030 об / мин), как показано в этой таблице.

Таблица 7

Сравнение среднеквадратичных значений амплитуды колебаний насоса в частотной области при различных скоростях вращения в диапазоне частот 0–15 кГц.

0.1595 0,0186

Скорость вращения	Среднеквадратичное значение 0 Гц — 1 кГц	Среднеквадратичное значение 1 кГц – 1 кГц	Среднеквадратическое значение 2 кГц – 10 кГц 2 кГц – 10 кГц	10 кГц )	(м / с 2 )	(м / с 2 )	(м / с 2 )	(м / с 2 )
2755	0,3318	0,5543	1,153
2610	0,1095	0,2855	0,5221	1,0789
0,0540	0,1762	0,2189	0.6055

Проблемы с долгосрочной вибрацией центробежного насоса

Дэйв,

Постараюсь ответить на все по порядку, спасибо за ответ !:

Обязательно! Центробежный насос с односторонним всасыванием будет иметь большое осевое усилие.Если у вас есть изображение помпы, есть ли у вас кривая с ним ?: Да, прилагается. Прилагается также разобранный узел насоса. Это старые насосы. Центробежные насосы Ingersoll Rand 6 «x5» x15 «

Мы не знаем, как ваша система / 8 насосов работают на вас, для лучшего понимания вашей ситуации / эскиза потребуются более подробные сведения. Прилагается также

Есть ли у всех 8 проблемы с прохождением лопастей? Если нет, то в первую очередь для диагностики следует рассмотреть насос с высокой проходимостью лопастей.: Мы проверили вибрацию только на 3/8 агрегатов, поскольку мы исследовали постоянный отказ одного агрегата (я обнаружил отверстие половинного размера, которое почти не работает на выходе из насоса). Я начал изучать другие насосы только из-за плохих показаний вибрации, а затем, когда я вошел в нашу систему MMS и увидел, что мы заказали невероятное количество уплотнений и подшипников для них за 25 лет .. люди не заметили их были такой проблемой, потому что они были сосредоточены на попытках и безуспешных попытках найти то, что ежегодно убивало насос Блока 1. Наш специалист по вибрации работает оператором и находится в отпуске уже 3 недели, поэтому, когда он вернется на смену, мы собираемся пойти и измерить другие устройства … но поскольку их структура системы почти идентична, а отказы почти такие же (кроме блока с отверстием половинного размера), мы относительно уверены, что все они страдают от одной и той же основной проблемы.

Если вы получаете ток двигателя и давление потока или нагнетания, вы можете нанести на кривую точку срабатывания этого насоса.Вы утверждаете, что они работают рядом с BEP? Это было бы лучшее место для работы насоса. Есть ли у вас фактические показания манометров на всасывании и нагнетании? Да, у меня есть показания нагнетания насосов, у нас нет манометра всасывания, но у нас есть манометр от насоса, подключенного параллельно, который обычно составлял около 0-2 фунтов на квадратный дюйм (передняя и задняя бабочки открыты, задняя часть закрыта через обратный клапан). Я также выполнил расчеты NPSH, и мы, кажется, в пределах нашего необходимого NPSH .. насосы считаются насосами с низким NPSH, мы также не видим значительных кавитационных повреждений на крыльчатках (кроме unit1).Мы измерили поток через отверстие и с помощью ультразвукового расходомера, и показания потока на устройствах составляют около 1400 галлонов в минуту. Давление нагнетания на них составляет примерно от 90 до 100 фунтов на квадратный дюйм … Ах да, у нас также есть два размера рабочих колес, о которых никто не знает, но, похоже, это объясняет разницу в давлении, и они все еще работают в пределах BEP. TDH находится между 204-220

Откровенно говоря, то, что работает на бумаге, не обязательно хорошо работает в полевых условиях …. 15 футов / с — очень высокая линейная скорость, 5-7 было бы нормальным….

Шумные насосы могут быть вызваны кавитацией на стороне всасывания или нагнетания, неправильной характеристикой насоса, неисправными подшипниками и т. Д.… Пробовали ли вы поднять уровень жидкости на стороне всасывания? Слегка ущипните выпускной патрубок и наблюдайте за любыми изменениями с помощью вашего анализатора вибрации ?: Да, мы сделали сжатие обратно на два из блоков (один был насосом с отверстием для промахов, так что это не имеет никакого значения), как только наш насос парень возвращается, мы сделаем это снова на других единицах. Я также послушал УЗИ, когда мы ущипнули, я мог заметить разницу, но не могу сказать, что оно стало хуже или лучше звучало, это просто изменилось.

Мало того, что насос имеет давление нагнетания tdh, в котором он должен оставаться, но и насос также имеет npshr, и ваша система будет иметь npsha, и то, и другое необходимо для оценки системы: Насос TDH хорош и находится в установленных пределах, а NPSH прошел тройную проверку. Сложность этой кривой заключается в том, что она относительно узкая, в том смысле, что +/- несколько фунтов на квадратный дюйм действительно могут немного сдвинуть вас по кривой.

Как устранить шум и вибрацию насоса

Посетите часть 2 этой статьи, нажав здесь.

Часто при поиске и устранении неисправностей в системе многие люди рассматривают только очевидный выбор. Обычное происшествие и опыт иногда не позволяют командам увидеть другие возможности и могут привести к потере времени и ресурсов на решение неправильной проблемы. В части 1 этой статьи исследуется ситуация, в которой «очевидный выбор» источника шума насоса не подходит.

Резервная система с использованием трех центробежных насосов была добавлена ​​к установке по переработке отходов в Государственном колледже, штат Пенсильвания. Первичная система состояла из пары центробежных насосов, работающих от резервуара для хранения сточных вод к резервуару для сброса, а резервная система работала из одного резервуара для хранения и сбрасывалась в один резервуар для сброса.Первоначальный эскиз всасывающего трубопровода насоса показан на рисунке 1.

Рис. 1. Участок системы очистки сточных вод, в котором на резервных насосах 1, 2 и 3 наблюдались чрезмерный шум и вибрация насоса

Основные насосы были рассчитаны на работу со скоростью 600 галлонов в минуту (галлонов в минуту), а три резервных насоса были рассчитаны на работу со скоростью 1200 галлонов в минуту. При работе основных насосов проблем не возникло. Однако каждый раз при запуске резервного копирования возникал шум и вибрация насоса. В результате чрезмерной вибрации завод решил исследовать работу резервных насосов.

KCF Technologies Inc., производитель интеллектуального диагностического оборудования и программного обеспечения (включая мониторинг вибрации) в Государственном колледже, работал с клиентом, чтобы определить основную причину проблем с резервными насосами. Несколько беспроводных датчиков были установлены рядом с всасывающими патрубками резервных насосов, и система снова была запущена для анализа того, что происходило во всасывающем трубопроводе насоса. На рисунке 2 показаны данные датчика вибрации с точки зрения хронологии [верхний график, значения в миллисекундах] и соответствующий частотный спектр [нижний график, герцы (Гц)], когда был запущен один из трех резервных насосов.

Определение причины кавитации

Возникновение этого совместного проекта началось с того, что производитель диагностических средств искал главный проект для студентов Пенсильванского университета, который продемонстрировал бы, как технологию непрерывного мониторинга и программное обеспечение для моделирования трубопроводной системы можно использовать вместе для выявления проблемы в насосной системе.

Рис. 2. Панель данных датчика вибрации показывает чрезмерную вибрацию, возникшую после 10 минут работы резервного насоса.

Первоначальное выявление чрезмерной вибрации — важный этап диагностики. Более глубокое изучение основной причины с помощью моделирования системы позволяет получить полное представление о системе, а также эффективно устранять неисправности и оптимизировать работу насоса. В совокупности средства измерения вибрации позволяют выявлять системные проблемы в реальном времени, а моделирование позволяет применять системный подход к решению проблем. После некоторого обсуждения члены команды клиента заявили, что они готовы участвовать в заключительном камне, и все участники согласились, что это будет отличный проект.

Члены старшей проектной группы Penn State, вместе с членами операционного персонала клиента, установили беспроводные мониторы на стороне всасывания трех насосов в системе. После установки датчиков персонал завода включил систему, чтобы определить источник шума и вибрации насоса.

Как показано на рис. 2, вибрации большой амплитуды произошли в течение истории времени для всех резервных насосов. Соответствующие частотные данные показали повышенный широкополосный шум насоса, обычно наблюдаемый при кавитации, уносе воздуха или рециркуляции.Присутствовал пик в 20 г, указывающий на то, что произойдет быстрый износ компонентов, если ситуацию не исправить.

Основываясь на результатах спектральных данных датчика вибрации, команда пришла к выводу, что причиной является кавитация — вероятно, из-за недостаточного чистого положительного напора на всасывании (NPSH).

При просмотре данных вибрации возникли следующие вопросы:

• Почему резервный насос проработал 10 минут до появления вибрации?
• Поскольку все насосы имеют общий всасывающий патрубок одного и того же резервуара для сточных вод, почему только резервные насосы демонстрируют чрезмерный шум и вибрацию?
• Каковы были показания манометров на всасывании и нагнетании для работающих резервных насосов?
• Какое расчетное значение NPSH было доступно для работающих резервных насосов?
• Какое значение NPSH требовалось для резервного насоса при работе в системе?

Поскольку эти вопросы еще не были рассмотрены, однозначного определения причины сделать не удалось.Впоследствии были выполнены расчеты NPSH с использованием системного моделирования только всасывания насоса (Рисунок 1), и они показали, что доступный NPSH (NPSHA) на всасывании насоса составлял 39 футов, а требуемый NPSH (NPSHR) для насоса составлял всего 11 футов. Следовательно, в насосе не должно быть кавитации. Поскольку расчеты не соответствовали наблюдениям, команде нужно было увидеть, что происходит в реальной системе.

Сборка всей системы трубопроводов модель

Поскольку система трубопроводов была жизненно важна для эксплуатации, отключение системы для проведения тестов, чтобы понять, что происходит, было недопустимо.Вместо этого было разработано точное моделирование всей системы, чтобы понять истинный источник измеренных вибраций.

Сначала студенты разработали модель всей системы трубопроводов, как со стороны всасывания, так и со стороны нагнетания, чтобы получить представление о том, как работает вся система. Студенты создали модель с помощью программы PIPE-FLO Professional от Engineered Software Inc.

.

После того, как проектная группа штата Пенсильвания получила доступ к программному обеспечению для моделирования трубопроводов, они легко создали модель, вставив проектные данные для всех элементов системы.На рисунке 3 показаны соединения для всех элементов резервной трубопроводной системы. Обратите внимание, что основные насосы не показаны на чертеже. Это связано с тем, что во время обхода было определено, что основная система не была взаимосвязана с резервной системой, что, помимо прочего, подчеркивает преимущество визуальной проверки соответствия модели и системы.

Рис. 3. Модель системы трубопроводов содержит схему трубопроводов, показывающую различные элементы внутри системы.

Все системы трубопроводов, независимо от размера или функции, состоят из соединенных между собой первичных элементов.Насосные элементы добавляют всю гидравлическую энергию. Элементы процесса используются для производства или транспортировки продукта или предоставления услуги, а элементы управления улучшают качество продукта или услуги в системе и управляют им. Без понимания того, как эти три типа элементов работают вместе, невозможно полностью понять, как работает система.

Насосные элементы состоят из трех резервных насосов (см. Рисунок 3). Технологические элементы состоят из резервуара для сточных вод и соединительных трубопроводов, а также сливного резервуара.Элементы управления состоят из переключателей уровня в резервуаре и включения / выключения насосов для предотвращения переполнения резервуара при высоком уровне и работы насоса всухую при низком уровне в резервуаре.

Модель системы трубопроводов содержит расчетные параметры для каждого элемента, включенного в систему. Здесь описано, как оборудование каждого элемента используется при изготовлении модели. Для технологического оборудования высота нижней части резервуара и уровень жидкости в резервуарах для хранения сточных вод и выпускных резервуарах используются для определения энергии текучей среды на границах системы трубопроводов.Размер, длина трубы, а также коэффициенты клапана и фитинга используются для описания каждого трубопровода. Метод Дарси используется для расчета потерь напора в трубопроводах.

Насосные элементы определяются характеристиками насоса, предоставленными производителем и созданными в соответствии с множеством стандартов Гидравлического института (HI) / Американского национального института стандартов. После ввода этой информации модель определяет работу насоса в широком диапазоне условий.

Элементы управления в этой системе состояли из переключателей уровня в индикаторах уровня в резервуаре.Когда уровень в резервуаре для сточных вод низкий, насос останавливается, чтобы предотвратить его работу всухую. При высоком уровне в резервуаре насосы начинают поддерживать резервуар в пределах параметров рабочего уровня.

Анализ системы трубопроводов модель

После создания модели система была рассчитана с использованием резервного насоса 101 и уровней жидкости в резервуарах, установленных на рабочие уровни. Результаты модели системы трубопроводов показали, что скорость потока через насос превышала 4 736 галлонов в минуту, что значительно превышало проектную скорость потока 1200 галлонов в минуту.

Учитывая NPSH насоса, моделирование показало NPSHA на всасывании насоса 38,4 футов жидкости с насосом NPSHR 30 футов. Первоначальные показания показали, что шум насоса и вибрация на всасывании насоса на самом деле не были вызваны кавитацией. Однако при моделировании также был вычислен расход системы, намного превышающий предполагаемый расчетный расход системы.

Заключение

При значениях NPSHA, превышающих NPSHR, и расчетном расходе, более чем в три раза превышающем ожидаемый расход 1200 галлонов в минуту, явно происходило нечто большее, чем обычно наблюдаемая кавитация насоса, но что это могло быть?

Найдите в декабрьском выпуске Часть 2, в которой рассказывается о том, что происходит в этом приложении, когда во время пошагового руководства выполняется анализ для устранения шума и вибрации насоса с использованием моделирования системы с последующей проверкой результата с использованием тестовых данных.

Посетите часть 2 этой статьи, нажав здесь.

Рэй Т. Харди, P.E., является главным инженером и одним из основателей Engineering Software Inc., создателей программного обеспечения PIPE-FLO и PUMP-FLO. Линия продуктов PIPE-FLO помогает компаниям во многих отраслях найти скрытую прибыль при проектировании и эксплуатации своих трубопроводных систем с помощью программного обеспечения для моделирования, услуг моделирования и возможностей обучения. Харди является членом Института гидравлики, комитета по оценке энергии насосных систем Американского общества инженеров-механиков и комитета по оценке энергии насосных систем Международной организации по стандартизации.Его публикации включают «Основы трубопроводных систем» и вклады в стоимость жизненного цикла насосов HI и оптимизацию трубопроводных систем. С ним можно связаться по адресу [email protected].

Джереми Франк, доктор философии, является президентом и соучредителем KCF Technologies Inc., компании, занимающейся инженерными технологиями, которая разрабатывает и интегрирует инновационные устройства для использования в развивающемся мире Интернета вещей. Фрэнк получил степень магистра делового администрирования и докторскую степень в области машиностроения в Центре акустики и вибрации при Государственном университете Пенсильвании, занимаясь исследованиями устройств и приводов из интеллектуальных материалов.Основанная в 2000 году, компания KCF предоставляет беспроводные сенсорные системы мониторинга состояния для оборонных и промышленных предприятий, основанные на технологиях обнаружения вибрации. KCF добился успехов во многих отраслях промышленности, таких как целлюлозно-бумажная, нефтегазовая, автомобильная, пищевая промышленность и производство напитков, а также в секторах институционального строительства. Франк координирует линейку продуктов KCF Smart Diagnostics в этих отраслях, и под его руководством выручка с 2000 года росла в среднем более чем на 72% в год.

Engineering Software Inc. — http://www.eng-software.com

KCF Technologies Inc. — http://www.kcftech.com

Показания вибрации центробежного насоса: CEC Vibration Products

Необходимо беспокоиться о вибрации, поскольку она сильно влияет на производительность вашего насоса. По крайней мере шесть компонентов серьезно подвержены вибрации:

* Срок службы механического уплотнения напрямую зависит от движения вала.Вибрация может вызвать скалывание угольной поверхности и раскрытие поверхности уплотнения. Приводные проушины изнашиваются, а металлические сильфонные уплотнения изнашиваются. В некоторых случаях движение вала может вызвать соприкосновение вращающихся компонентов уплотнения с внутренней частью сальника или с каким-либо другим неподвижным объектом, вызывая открывание поверхностей уплотнения и позволяя твердым частицам проникать между притертыми поверхностями. Вибрация также является основной причиной ослабления и проскальзывания установочных винтов на валу, что приводит к открытию притертых поверхностей уплотнения.
* Набивка чувствительна к радиальному перемещению вала.Вы столкнетесь не только с чрезмерной утечкой, но и с чрезмерным износом втулки или вала. Дополнительная промывка потребуется для компенсации тепла, выделяемого набивкой с высоким коэффициентом трения.
* Подшипники предназначены для восприятия как радиальной, так и осевой нагрузки. Они не были рассчитаны на вибрацию, которая может вызвать расслоение (вмятины) дорожек подшипников.
* Критические размеры и допуски, такие как зазор компенсационного кольца и настройка рабочего колеса, будут зависеть от вибрации. Внутренние зазоры подшипников измеряются в десятых долях тысяч дюйма.(тысячи миллиметров)
* Компоненты насоса могут быть повреждены вибрацией. Три примера — компенсационные кольца, втулки и рабочие колеса.
* Уплотнения подшипников очень чувствительны к радиальному перемещению вала. Повреждение вала увеличится, а уплотнения выйдут из строя преждевременно. Лабиринтные уплотнения работают с очень жесткими допусками. Чрезмерное движение также может нарушить эти допуски.
* Прижимные болты насоса и двигателя могут ослабнуть.

Вибрация исходит от ряда источников, в том числе:

Механические причины вибрации:

* Несбалансированные вращающиеся компоненты.Поврежденные рабочие колеса и неконцентрические втулки вала — обычное явление.
* Изогнутый или деформированный вал.
* Несоосность насоса и привода.
* Деформация трубы. Либо по дизайну, либо в результате теплового расширения.
* Масса основания насоса слишком мала.
* Термическое разрастание различных компонентов, особенно валов.
* Детали трущиеся.
* Изношенные или ослабленные подшипники.
* Ослабленные прижимные болты.
* Незакрепленные детали.
* Изделие прикрепляется к вращающемуся компоненту.
* Поврежденные детали.

Гидравлические причины вибрации:

* Работа вне точки максимальной эффективности насоса (BEP)
* Испарение продукта
* Лопасть рабочего колеса движется слишком близко к водоразделительной части насоса.
* Внутренняя рециркуляция.
* Воздух, попадающий в систему из-за завихрения и т. Д.
* Турбулентность в системе (неламинарный поток).
* Гидравлический молот.

Другие причины вибрации:

* Гармоническая вибрация от ближайшего оборудования.
* Работа насоса с критической скоростью. Остерегайтесь этой проблемы в насосах с регулируемой скоростью и шкивом.
* Уплотнение «скользящей палочки» на поверхностях уплотнения. Это может произойти, если вы перекачиваете несмазывающую жидкость, газ или твердое вещество.
* Линия рециркуляции нагнетания насоса, направленная на поверхности уплотнения.

Вы можете прочитать вибрацию разными способами:

* Частота
* Амплитуда
* Скорость
* Ускорение
* Энергия всплеска
* Акустическая эмиссия
* Отклонение

Многие системы считывают вибрацию по ускорению. Проблема с этим методом заключается в том, что, если вы не знаете частоту, показания не очень значимы. Из-за этого большинство систем считывают среднее значение всех задействованных частот и рекомендуют принимать меры, когда это среднее значение удваивается в определенном месте.Если подшипники — ваша главная забота, в некотором оборудовании можно использовать электронные фильтры высоких и низких частот для фильтрации частот ниже 55 Гц. и выше 2500 Гц. Эти фильтры помогут оператору сосредоточиться на тех частотах, которые обычно связаны с проблемами подшипников.

К сожалению, большинство данных о вибрации ссылается на работу подшипников. Информация о режимах вибрации механического уплотнения практически отсутствует. Проблема еще больше усугубляется:

* Большое разнообразие используемых уплотнительных материалов.
* Основные различия в конструкции популярных марок одинарных и множественных уплотнений.
* Наличие гашения вибрации в данных конструкциях уплотнений.
* Широкое распространение средств экологического контроля.
* Различные жидкости, окружающие уплотнение

Показания вибрации почти всегда означают, что оборудование начало разрушаться. Большинство компаний пытаются собрать достаточно данных, чтобы предсказать оставшийся срок службы до того, как произойдет полное разрушение.

Очевидное решение для всего этого — принять надлежащие методы обслуживания, которые устранят большую часть вибрации, а затем попытаться установить оборудование, способное выдержать оставшуюся вибрацию.Регистрировать вибрацию имеет смысл только после того, как будут приняты надлежащие методы обслуживания.

Решения механических проблем:

* Сбалансируйте все вращающееся оборудование. Если на вашем предприятии нет оборудования для динамической балансировки, с вами будут работать подрядчики и поставщики. При перекачивании абразивных материалов или шлама всегда возникает проблема с балансом, потому что быстрый износ всегда нарушает баланс. В высокоскоростных насосах этот износ может быть очень серьезным.
* Гнутые валы — проблема.Если вы можете их выпрямить, продолжайте и делайте это, но большинство попыток безуспешны. В большинстве случаев лучше заменить вал.
* Выполните надлежащую юстировку насоса / привода с помощью лазера или метода обратного индикатора. Замена силовой части насоса на адаптер двигателя с рамой «C» или «D» — более разумное и экономичное решение. После преобразования несоосность перестает быть проблемой.

Эти адаптеры доступны для большинства двигателей и будут поддерживать правильную центровку, когда оборудование проходит через нормальные температурные переходные процессы.
* Всегда проводите трубопровод от всасывающего патрубка насоса к трубной стойке, а не наоборот. Есть еще несколько способов прокладки трубопроводов, которым вы должны следовать:

o Если вы испытываете деформацию трубы из-за теплового расширения на всасывании, вы можете перейти на «осевую» конструкцию мокрой части и решить проблему. Конструкция с осевой линией имеет смысл каждый раз, когда вы перекачиваете жидкость с температурой более 200 градусов по Фаренгейту (100 по Цельсию).
o Старайтесь использовать трубу не менее десяти диаметров между всасывающим патрубком насоса и первым коленом.
o Опоры для труб и подвески должны устанавливаться на неравных расстояниях.
o Используйте множество подвесов для поддержки труб.
o Используйте много петель и компенсаторов в системе трубопроводов.
o После изготовления и испытаний снимите все опоры и стопорные штифты с пружинных подвесок, ослабьте фланцы труб и отрегулируйте систему, чтобы освободить насос от напряжения труб.
o Обратитесь к «Руководству Института гидравлики» или аналогичной публикации, чтобы узнать о правильных методах подключения нескольких насосов к одному источнику всасывания для предотвращения завихрения и т. Д..
* Масса бетонного фундамента насоса должна в пять раз превышать массу насоса, опорной плиты и другого поддерживаемого оборудования.
* Фундамент должен быть на три дюйма (75 мм) шире, чем опорная плита, по всему периметру, до 500 лошадиных сил (375 кВт) и шести дюймов (150 мм) выше 500 лошадиных сил (375 кВт).
* Воображаемые линии, вытянутые вниз на 30 градусов по обе стороны от вертикали через вал насоса, должны проходить через дно фундамента, а не по бокам.
* Каждый дюйм нержавеющей стали растет на 0.001 дюйм на каждые 100 ° по Фаренгейту повышения температуры (0,001 мм / мм / 50 ° по Цельсию). Это тепловое увеличение может привести к истиранию крыльчатки корпуса насоса, а также вызвать истирание многих зазоров с жесткими допусками, таких как компенсационные кольца. Углеродистая сталь растет примерно на 30% меньше, чем нержавеющая сталь.
* При каждом движении вала существует опасность трения деталей. Тепловизионное оборудование может легко обнаружить это трение. Когда вы когда-либо устанавливаете жесткие допуски, обязательно учитывайте термический рост, а в случае A.Н.С.И. насосы, регулировка крыльчатки.
* Износ или ослабление подшипников вызваны неправильной установкой или попаданием воды в полость подшипника. Лабиринтные уплотнения или положительные торцевые уплотнения — самое простое решение проблемы с водой. Установите подшипники, используя соответствующий индукционный нагреватель, чтобы предотвратить загрязнение во время процесса установки.
* Ответ на проблему ослабления прижимных болтов очевиден и не требует объяснений.

Решения гидравлических проблем:

* Вы можете увеличить или уменьшить диаметр рабочего колеса, чтобы приблизиться к насосу B.E.P., но если это нецелесообразно, лучше всего уменьшить L3 / D4, перейдя на сплошной вал или модернизируя приводную часть до большего диаметра вала. В некоторых случаях вы можете установить опорную втулку в нижней части сальника и установить механическое уплотнение ближе к подшипникам. Разъемные уплотнения идеально подходят для этого преобразования. В некоторых случаях проблему решает изменение скорости вала. Система с замкнутым контуром с высоким напором — идеальный кандидат для насоса с регулируемой скоростью
* Убедитесь, что у вас достаточно NPSH для вашего приложения.Если этого недостаточно, проблему можно решить с помощью индуктора или подкачивающего насоса.
* Рабочее колесо, работающее слишком близко к водоразделительной части насоса, вызовет вибрацию и повреждение. Зазор между наконечником рабочего колеса и водой, составляющий 4% (от диаметра рабочего колеса) для рабочего колеса меньшего размера (до 14 дюймов / 355 мм) и 6% для большего размера, решит эту проблему. Это становится проблемой для большинства самовсасывающих насосов, и единственное решение — обратиться к поставщику насоса за его рекомендацией, если она у него есть. Иногда с этой проблемой сталкиваются отремонтированные рабочие колеса.
* Проблемы с внутренней рециркуляцией могут быть решены либо регулировкой открытого рабочего колеса, либо заменой закрытого рабочего колеса на альтернативную конструкцию. Эта проблема обсуждалась в другом томе этой технической серии.
* Воздух может попасть в систему через клапаны над водяной линией или фланцами, но самый простой способ проникновения воздуха в систему — через сальник насоса с набивкой. Самое простое решение — заменить набивку насоса сбалансированным уплотнительным кольцом. Если проблема связана с завихрением, обратитесь к «Руководству Института гидравлики» для получения информации о вихревых прерывателях и правильной компоновке трубопроводов для предотвращения турбулентности в линиях и на всасывании насоса.
* Гидравлический удар не очень хорошо известен в нашей отрасли, но мы знаем, насколько важно не допускать попадания воздуха в систему трубопроводов.
* Рекомендуется использовать всасывающий трубопровод на один размер больше, а затем использовать переходник для подсоединения трубопровода к насосу. Не используйте концентрические переходники. Эксцентриковые типы намного лучше, если вы не устанавливаете их вверх ногами.

Решения для других типов вибрации:

* Насос или один из его компонентов могут вибрировать в гармонии с другим оборудованием, расположенным в непосредственной близости.Изоляция путем гашения вибрации — самое простое решение этой проблемы. Это большая проблема со многими конструкциями металлических сильфонов, поскольку в них отсутствует эластомер, который действует как гаситель колебаний.
* Работа с критической скоростью не является распространенной проблемой, если вы не работаете с частотно-регулируемым приводом. Изменение скорости — очевидное решение. Если это нецелесообразно, другое решение — изменение диаметра рабочего колеса.
* Уплотнение «скользящей палочки» — проблема с не смазочными материалами, такими как горячая вода или большинство растворителей.Если вы используете кольцевые уплотнения, оно является естественным гасителем вибрации. Для металлических сильфонных уплотнений требуется установка отдельного демпфера вибрации; обычно в виде металлической детали, колеблющейся и скользящей по валу.
* Нагнетательные линии рециркуляции насоса могут вызывать вибрацию каждый раз, когда рабочее колесо проходит через линию рециркуляции «отвод». Эта вибрация влияет на механическое уплотнение и, как и все другие вибрации, может быть обнаружена по сколам на внешнем диаметре угольной поверхности и изношенным выступам привода.

Большинство из нас не может остановить всю вибрацию, которая вызывает проблемы с уплотнением, набивкой, подшипником и критическим зазором, поэтому наше единственное решение — жить с этим. К сожалению, стандартный насос и уплотнение оригинального оборудования не способны выдерживать вибрацию без серьезных изменений.

Статья, написанная Институтом МакНалли

Заинтересованы в мониторинге вибрации центробежного насоса?

Узнайте о нашем цифровом переключателе вибрации 1-895

Вибрация в многоступенчатом центробежном насосе в различных условиях

Многоступенчатые насосы предназначены для улучшения конструкции с низким уровнем вибрации и шума, поскольку промышленные применения повышают технические требования.В этом контексте становится действительно важным полностью понять характер вибрации таких сложных машин. В этом исследовании был установлен стенд для испытаний на вибрацию для проверки вибрации и устойчивости консольного многоступенчатого центробежного насоса при различных расходах. Диаграммы спектра вибрации для впускной и выпускной секций и корпуса насоса были оценены при различных условиях потока. Результаты показали влияние условий эксплуатации на вибрацию консольного многоступенчатого центробежного насоса.Скорость вибрации в основном была вызвана массовым дисбалансом в точке перекрытия расхода. При различных условиях потока частота прохождения лопатки (BPF) и удвоенная частота прохождения лопатки (2BPF) были основными частотами возбуждения. Частота вибрации корпуса конечного насоса оставалась на уровне BPF при различных условиях потока из-за контакта с выходным сечением. Основным типом частоты вибрации на входе и выходе была высокая частота.

1. Введение

Как важное устройство, используемое для преобразования энергии и транспортировки жидкости, многоступенчатые центробежные насосы широко используются в сельском хозяйстве и промышленности [1–3].Примерами являются консольные многоступенчатые насосы, которые отличаются хорошей ремонтопригодностью и простой конструкцией. В некоторых случаях к вибрации и шуму многоступенчатых насосов предъявляются высокие требования. Многие отрасли промышленности полагаются не только на работу насосных систем с различным требуемым рабочим расходом, но и на расчетный расход. Таким образом, изучение общих закономерностей и сбор базы данных о вибрации многоступенчатых насосов при различных условиях потока очень важны.

Вибрация насосов сложна, и структурные характеристики, неуравновешенность ротора и нестационарная сила жидкости могут увеличить возможность создания нелинейного гироскопического момента [4–6]. Кроме того, в процессе эксплуатации возрастают динамические неисправности, нестабильность несущего винта и вибрация планера [7, 8]. Решение этих проблем — текущая цель исследовательских усилий, направленных на улучшение и расширение применения [9]. Были проведены многочисленные исследования образцов вибрации экспериментальными и численными методами.Халифа [10] рассмотрел влияние формы выпускного отверстия лопатки на вибрацию насоса, испытав влияние V-, C- и прямолинейных выходных отверстий для лопаток. Grosel et al. [11] применили различные методы сбора данных, проверили вибрацию насоса с помощью многоканальной импульсной системы и пришли к выводу, что оперативный модальный анализ может дать разумные результаты. Ян и др. В [12] применены экспериментальный и численный подходы к исследованию нестационарных характеристик потока и нестабильности в первой ступени многоступенчатой ​​насосной турбины в режиме насоса.Аль Тоби и др. [13] использовали анализ вибрации и методы автоматической диагностики для анализа характера вибрации в центробежном насосе. Muralidharan et al. [14] исследовали центробежный насос с постоянной скоростью, датчик акселерометра был установлен на всасывании насоса, и сигналы обрабатывались с частотой дискретизации 24 кГц и длиной выборки 1024. Вышеупомянутые исследования в основном ограничиваются одноступенчатыми. центробежные насосы и отчеты о вибрации многоступенчатого центробежного насоса, особенно консольного многоступенчатого центробежного насоса, отсутствуют.

В данном исследовании консольный многоступенчатый центробежный насос был выбран в качестве исследовательской модели для оценки характера вибрации при различных условиях потока. Вибрации во впускной и выпускной частях и корпусе модельного насоса отслеживались с помощью портативного виброметра Bently ADRE 408. Характеристики вибрации каждой точки мониторинга были проанализированы с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) и спектрального анализа в условиях перекрытия, частичной нагрузки, проектирования и перегрузки потока.Результаты могут расширить базу данных для оптимизации конструкции многоступенчатых насосов.

2. Испытательная установка

2.1. Параметры насоса

Основные конструктивные параметры консольного многоступенчатого центробежного насоса представлены на рисунке 1 с расходом Q _des = 4,8 м ³ / с, четыре ступени, одноступенчатый напор H _s = 8 м, скорость вращения двигателя составляет z _i = 8, количество лопаток диффузора z _d = 12.Лопатки диффузора располагались после лопаток рабочего колеса.

2.2. Испытательное устройство

Как показано на рисунке 2, система вибрационных испытаний была разработана и создана для испытания консольных многоступенчатых насосов в лаборатории Национального исследовательского центра насосов, Китай. Система вибрационных испытаний включала в себя систему испытаний на вибрационные отказы ADRE 408, консольный многоступенчатый центробежный насос и испытательный стенд закрытого типа. Эта система проверки на неисправность вибрации включала портативный тестер динамических данных, 16-канальную карту сбора данных и соответствующие датчики.Системное программное обеспечение может проводить анализ во временной и частотной областях и выполнять несколько операций для сигналов, таких как интегрирование, фильтрация и добавление дополнительного окна монитора. Коэффициент чувствительности был установлен на 100 мВ / г после контроля вибрации датчиком составного зонда ускорения.

2.3. Установка датчика и отбор проб

Входная труба, входная и выходная полости, а также первая, вторая, третья и последняя ступени были выбраны в качестве точек мониторинга для достижения целей исследования и оценки конструктивных характеристик консольного многоступенчатого центробежного насоса.В этих местах были установлены датчики вибрации для сбора данных о вибрации. Установка датчиков в каждой точке мониторинга вибрации показана на рисунке 3 и в таблице 1, при этом начальная фаза датчиков в нулевом направлении времени установлена ​​на 0 °. Скорость вибрации может использоваться для представления интенсивности вибрации, учитывая, что консольный центробежный насос является одним из типов вращающегося оборудования. Диапазон частот вибрации был установлен от 0 до 5000 Гц. Частота дискретизации составляла 12800 Гц при времени записи 100 мс.

9018 93434 Выходной патрубок рабочего колеса четвертой ступени Номер канала Положение Ch2 Впускная труба Ch2 Впускной патрубок насоса Ch4 Выход на выходе рабочего колеса первой ступени Ch5 Выход на выходе из рабочего колеса второй ступени CH5 Выход на выходе из рабочего колеса третьей ступени CH7 Выходная полость насоса CH8 Выходная труба насоса

2.4. Метод анализа сигналов вибрации

Сигналы вибрации содержат обширную информацию о состоянии, такую ​​как амплитуда, частота вибрации, фаза и все параметры состояния вращающихся машин. Согласно исследованиям вибрации во вращающихся механизмах [15], амплитуда является важным показателем вибрации, и состояние вибрации центробежного насоса может быть непосредственно определено путем мониторинга амплитуды. Хотя характер вибрации не меняется в зависимости от формы сигнала, характеристики вибрации могут изменяться.Амплитуда виброскорости является произведением амплитуды вибрационного смещения и частоты, а амплитуда виброускорения — произведением вибрационного смещения и квадрата частоты [16, 17]. Обе амплитуды одновременно отражают влияние вибрационного смещения и частоты. В этом исследовании сигналы скорости были отобраны и получены после интегральной операции с использованием датчиков ускорения с учетом широкого диапазона частот вибрации модельного насоса.Затем с помощью БПФ был получен спектр колебаний сигналов.

Частота вала f _с была рассчитана на основе скорости вращения двигателя (т.е. f _с = n /60 = 2800/60 = 46,67 Гц). Частота прохождения лопатки (BPF) f _bp — это гармоники частоты вала f _s , которые можно рассчитать через номер лопасти рабочего колеса z ₁ , так как f _bp = z ₁ и f _s = 373.3 Гц.

3. Результаты испытаний и анализ

Условия рабочего потока насоса можно контролировать и изменять соответствующим образом, регулируя клапан на выпускной трубе. Испытания проводились при различных условиях потока, включая точку отсечки потока (0 Q _des ), точку расчетного расхода (1,0 Q _des ) и точку расхода с перегрузкой (1,5 Q _des ). Спектры колебаний были проанализированы для оценки вибрационного состояния насоса [18, 19].

3.1. Анализ спектра вибрации для впускной и выпускной секций

Спектры вибрации были измерены в двух контрольных точках (т.е. на впускной трубе (Ch2) и впускной полости (Ch3)) для пяти условий потока (т.е. 0 Q _des , 0,6 Q _des , 1,0 Q _des , 1,25 Q _des и 1,5 Q _des ), как показано на рисунке 4. Спектр вибрации на входной трубе Ch2 показано на рисунке 4 (а).В точке отключения амплитуда виброскорости увеличивалась до 4–6,5 раз от ДПФ, с максимальной амплитудой 0,94 мм / с. При проектном расходе амплитуда скорости вибрации уменьшилась по сравнению с условиями частичного нагружения; однако колебания оставались в диапазоне 0–2, 4–8 и 11–12 раз от BPF, что указывает на то, что гармоники BPF оказывают важное влияние на вибрацию. В условиях перегрузочного течения амплитуда была уменьшена до минимального значения, а скорость вибрации достигла 0.59 мм / с.

Спектр вибрации Ch3 на входной крышке насоса был определен, как показано на Рисунке 4 (b). При скорости потока 0 Q _des , очевидная вибрация возникла и сконцентрировалась в диапазоне 8-9-кратного BPF с максимальной амплитудой 2,21 мм / с. При расчетном расходе в целом уменьшена амплитуда виброскорости. Вибрация оставалась очевидной в пределах 0–2 и 6–10 раз выше BPF с максимумом до 0,73 мм / с. При большом расходе амплитуда виброскорости сильно уменьшилась.Вибрация в основном проявлялась в диапазоне 0–2 и 6–8 раз больше BPF, а максимальная амплитуда оставалась примерно 0,73 мм / с. Анализ спектра вибрации на впускной трубе и впускной полости показал, что преобладающая частота на впуске насоса в два раза превышала BPF (2BPF) с большей амплитудой вибрации в условиях низкого расхода. С увеличением скорости потока преобладающая частота вибрации была представлена ​​как BPF, а амплитуда высокой частоты, очевидно, уменьшалась.Таким образом, на характеристики вибрации на впускном патрубке и впускной полости в основном повлияли условия эксплуатации.

На рис. 5 представлен спектр вибрации на выходе многоступенчатого насоса каналов CH7 и CH8 при разных расходах, которые показывают те же характеристики вибрации, что и у каналов Ch2 и Ch3. Вибрация была очевидна в один, два и три раза выше BPF. В диапазоне 4-8-кратного BPF амплитуда колебаний была наиболее интенсивной, показывала множественные пики и уменьшалась после восьмикратного BPF.С увеличением скорости потока амплитуда вибрации на выпускном участке постепенно уменьшалась и показывала ту же тенденцию изменения, что и на впускном участке. Максимальная амплитуда вибрации появлялась в точке отсечки потока и уменьшалась до минимума при высокой скорости потока, потому что поток в насосе был неравномерным, со значительными завихрениями при скорости потока с частичной загрузкой. Таким образом, на вибрационные характеристики точек контроля на входе и выходе серьезно повлияли условия эксплуатации.Эти секции были жесткими связями в тестовой системе. Испытательный стенд может производить вибрацию вторичной частоты из-за индукции потоком воды. В условиях высокого расхода поток в насосе улучшился, а вихри и амплитуда колебаний уменьшились. Вибрационные характеристики входного и выходного сечений в основном определялись количеством лопастей рабочего колеса, а доменной частотой являлась BPF [20].

3.2. Анализ спектра вибрации корпуса насоса

Были определены частотные спектры вибрации для различных расходов, как показано на рисунках 6–8.Были проанализированы три режима потока (т.е. 0 Q _des , 1,0 Q _des и 1,5 Q _des ). Каждое условие по-разному влияло на амплитуду и частоту вибрации.

На рисунке 6 показан спектр вибрации, измеренный Ch4 – CH6 в точке отключения. Доминирующими частотами первой и последней ступеней была частота лопастей. Вторичные частоты вдвое превышали частоту лезвия; однако амплитуда первой ступени была значительно выше, чем амплитуда последней ступени.Доминирующие частоты корпусов насосов второй и третьей ступеней в два раза превышали частоту лопастей, а вторичные частоты в три раза превышали частоту лопастей. Таким образом, амплитуды частоты лезвия и трехкратной частоты лезвия были одинаковыми на двух этапах. В момент отключения пиковое значение в два раза превышало частоту лопастей второй ступени, которая достигала 2,82 мм / с.

Спектры вибрации, измеренные Ch4 – CH6 при расчетном расходе, показаны на Рисунке 7.Доминирующая частота корпуса насоса первой ступени в четыре раза превышала частоту лопастей. Вторичная частота в три раза превышала частоту лезвия. Доминирующая частота корпуса насоса второй ступени в 2,3 раза (850 Гц) превышала частоту лопастей, а вторичная частота в три раза превышала частоту лопастей. Амплитуда колебаний корпуса насоса третьей ступени значительно увеличилась по сравнению с первыми двумя ступенями. Доминирующая частота в два раза превышала частоту лезвия, а вторичная частота была частотой лезвия.На последнем этапе частота лезвия была доминирующей, за ней следовала частота лезвия, в два раза превышающая частоту лезвия. При расчетном расходе пиковое значение появлялось в два раза выше частоты лопастей третьей ступени и достигало 2,24 мм / с.

При постепенном увеличении расхода, спектры вибрации были измерены Ch4 – CH6 при 1,5 Q _des , как показано на рисунке 8. При высоком расходе преобладающая частота насоса первой ступени частота тела в четыре раза превышала частоту лезвия, а вторичная частота в три раза превышала частоту лезвия.Амплитуда колебаний была аналогична амплитуде колебаний при частоте лопасти в один и два раза. Доминирующая частота корпуса насоса второй ступени составляла 2BPF. Доминирующие частоты двух тыловых каскадов были такими же, как у БПФ с аналогичными амплитудами. Пиковое значение возникало при четырехкратной частоте лопастей корпуса насоса первой ступени и достигало 1,99 мм / с. Пиковые значения и относительные гармоники каждой точки мониторинга при различных условиях сведены в Таблицу 2, а пиковые значения выделены жирным шрифтом.

21334 913 913 934 913 913 913 913 913 934 1,46 Номер канала Скорость потока f / f bp 2 f / 9 f 913 f bp 4 f / f bp Ch4 0 99 Q 86 des.81 2,12 0,74 0,41 1,0 Q дес 1,48 0,54 1,13 0,54 1,13 0,97 0,97 0,74 0,88 1,99 Ch5 0 Q des 1,64 1.01 0.30 1.0 Q des 0.46 0.56 0.78 0.49 1.500 0,72 1,05 CH5 0 Q des 1,51 2,47 1 186.45 0,48 1,0 Q des 1,53 2,24 0,13 0,35 1,5 1,5 1,5 9130 0,49 0,63 CH6 0 Q des 1,89 1,61 0,82 47 1.0 Q des 1.28 0.84 0.30 0,09 1,5 Q des 9186 9186 9186 9186 9186 9186 9186 9186 9186 9186 9186 9186 9186 0,06

3.3. Вибрация между ступенями

Анализ спектра вибрации на каждой ступени корпуса насоса при различных условиях эксплуатации показывает, что амплитуды доминирующей частоты в двух экстремальных условиях (т.е.е., точка расхода при отключении 0 Q _des и расход при перегрузке 1,5 Q _des ) были значительно выше, чем при расчетном расходе для корпуса насоса первой ступени. Эти отклонения от проектных условий вызвали различия в силе возбуждения жидкости, потоке, радиальной силе и осевой силе во время работы многоступенчатого насоса. Доминирующая частота вибрации в точке отключения была такой же, как у BPF, но в четыре раза превышала BPF при двух других расходах.Амплитуда доминирующей частоты была самой низкой при расчетном расходе. Для второй ступени вибрация в точке перекрытия расхода была аналогична вибрации при большом расходе. Обе доминирующие частоты появляются в два раза больше BPF; однако амплитуда доминирующей частоты в точке расхода перекрытия была на 0,45 мм / с выше, чем при высоком расходе. Вибрационные характеристики третьей ступени отчетливо менялись с изменением расхода, что в первую очередь предполагало, что амплитуда уменьшалась с увеличением расхода, а преобладающая частота снижалась до BPF от 2BPF.Корпус насоса последней ступени соединялся с выходной крышкой. Все доминирующие частоты были такими же, как частота лопастей в различных условиях, а амплитуда была наименьшей при расчетном расходе. Судя по спектру вибрационных характеристик, вибрация была в основном сосредоточена в низкочастотной области, от одного до четырех раз выше BPF. Этот результат показал, что пульсация давления, создаваемая взаимодействием ротора и статора, была важным источником вибрации в консольном центробежном насосе.

Диаграммы изменений для BPF и 2BPF в точках контроля каждой ступени корпуса насоса показаны на рисунке 9 для анализа изменения частоты основной вибрации в зависимости от условий эксплуатации. В точке перекрытия расхода амплитуды виброскорости на ПНФ сначала уменьшались, а затем увеличивались от первой до последней ступени. При этом амплитуды на 2BPF сначала увеличивались, а затем уменьшались. При расчетном расходе или условиях высокого расхода амплитуды на BPF постепенно увеличивались от первой до последней ступени, что указывало на то, что давление в насосе увеличивалось с ступенями во время работы насоса.Вибрация, вызванная колебанием давления, была больше, чем вибрация, вызванная дисбалансом массы кантилевера.

4. Заключение

В данном исследовании состояние вибрации консольного многоступенчатого центробежного насоса было измерено и проанализировано для различных значений расхода. Результаты показали, что расход оказывает различное влияние на спектр вибрации на входе и выходе консольного многоступенчатого центробежного насоса. Амплитуды виброскорости были больше в экстремальных условиях потока (т.е., 0 Q _des и 1.5 Q _des ). Доминирующие частоты на разных этапах могут изменяться в зависимости от условий эксплуатации. Преобладающей частотой для первой и последней ступеней была частота BPF в точке расхода перекрытия, а для остальных ступеней преобладающей частотой была 2BPF. Изменение доминирующей частоты вибрации при расходе с перегрузкой было аналогично изменению при расчетном расходе. Доминирующей частотой корпуса насоса последней ступени был ДПФ при различных режимах расхода, поскольку лопатки диффузора последней ступени были соединены с выходной частью.Было обнаружено, что основной диапазон частот вибрации консольного многоступенчатого центробежного насоса находится в диапазоне от одного до четырех раз выше BPF и, вероятно, в один или два раза превышает частоту лопастей. Массовый дисбаланс в первую очередь объясняется вибрацией в точке перекрытия расхода. Однако вибрация насоса в основном была вызвана пульсацией давления при расчетном и перегрузочным расходом.

Представленные результаты могут обогатить известную базу данных в целях оптимизации. Частота домена относится к BPF, а частота вибрации концентрируется в низкочастотном диапазоне; следовательно, можно уменьшить или контролировать вибрацию за счет расположения лопастей рабочего колеса между ступенями.Все исследование подтверждает обоснованность и потенциал будущих исследований по теме вибрации ступенчатой ​​муфты.

Номенклатура

м м

Q des :	Расчетный расход (м 3 / час)
H s :		n :	Скорость вращения (об / мин)
z i :	Количество лопастей рабочего колеса
z d 4 Кол-во лопаток диффузора
f bp :	Частота прохождения полотна (Гц)
f s :	Частота вала (Гц)
	BPF:
	BPF

Доступность данных

Экспериментальные данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, включены в статью.

No related posts.