Analisi delle vibrazioni di un livello elevato

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 20293 (2022) Citare questo articolo

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Le pompe centrifughe multistadio ad alta pressione sono state ampiamente utilizzate nell'industria moderna e richiedevano vibrazioni e rumore ridotti. In questo studio, l'analisi modale del sistema rotorico di una pompa centrifuga a sette stadi è stata effettuata numericamente introducendo la forza del fluido per garantire che la pompa centrifuga non entrasse in risonanza. È stato creato un banco di prova delle vibrazioni per studiare le caratteristiche con portate di 0,8 Qd, 1,0 Qd e 1,2 Qd e sono stati raccolti i dati sulle vibrazioni di dieci punti di misurazione. Il periodo di vibrazione del cuscinetto è risultato pari a circa 20 ms ed è stato correlato alla frequenza dell'albero (SF) e alla frequenza di passaggio della pala (BPF). La vibrazione del corpo della pompa è stata determinata principalmente dall'SF, due volte l'SF e due volte il BPF. Il movimento meccanico è il principale fattore che causa le vibrazioni della pompa e anche il movimento instabile del fluido è una causa importante.

Le pompe centrifughe multistadio sono un'apparecchiatura importante per il trasporto di fluidi basata sulla pompa centrifuga monostadio, che potrebbe fornire liquido ad alta pressione ed è ampiamente utilizzata in agricoltura e industria1,2,3. L'industria moderna ha proposto requisiti più elevati per la vibrazione delle pompe centrifughe multistadio4,5,6. Il problema delle vibrazioni delle pompe centrifughe è destinato a mettere a dura prova la sicurezza e la stabilità del funzionamento7,8. L'analisi delle vibrazioni svolge un ruolo importante nel rilevamento delle condizioni e nella diagnosi dei guasti delle pompe centrifughe multistadio9,10. Il problema delle vibrazioni delle pompe centrifughe multistadio si riflette principalmente nel sistema del rotore. Quando la velocità del rotore è vicina alla velocità critica, può persino causare risonanza e causare danni enormi11,12. Con la premessa di evitare la risonanza del sistema del rotore, è di grande importanza studiare le caratteristiche di vibrazione delle pompe centrifughe multistadio per garantirne il funzionamento sicuro. Tuttavia, la ricerca attuale in questo settore si concentra principalmente sulle pompe centrifughe monostadio e ci sono pochi studi sulle pompe centrifughe multistadio.

L'analisi modale può prevedere la condizione di risonanza delle pompe centrifughe estraendo forme modali, frequenze naturali e velocità critiche, che è un metodo efficace per analizzare le caratteristiche di vibrazione delle pompe centrifughe13. Sendilvelan et al.14 hanno condotto un'analisi modale su giranti di pompe centrifughe con diversi spessori ed hanno estratto le frequenze naturali e le forme modali della girante. He et al.15 hanno analizzato la vibrazione naturale e le velocità critiche del rotore di una pompa centrifuga multistadio con diverse rigidezze del supporto e hanno scoperto che la prima e la seconda velocità critica erano fortemente influenzate dalla rigidità del supporto. Tian et al.16 hanno scoperto che la rigidità del supporto e l'azione del fluido hanno avuto un impatto importante sulla velocità critica del rotore della pompa centrifuga multistadio. Ashri et al.17 hanno studiato le frequenze naturali e le forme modali della girante di una pompa centrifuga con il metodo degli elementi finiti e hanno scoperto che lo spessore della girante aveva una grande influenza sulla frequenza naturale. Zhao et al.18 hanno studiato le caratteristiche di risonanza di un grande sistema di rotori di pompe centrifughe calcolando le frequenze naturali e le velocità critiche con il metodo degli elementi finiti. Ping19 ha studiato l'effetto dello spazio di tenuta interstadio di una pompa centrifuga sulle velocità critiche combinando simulazione numerica ed esperimento. Molti fattori possono influenzare la frequenza naturale e la velocità critica del rotore di una pompa centrifuga. Tuttavia, è necessario considerare la forza del fluido e i vincoli del sistema del rotore.

Per adattarsi alle sempre più elevate esigenze operative delle pompe centrifughe, molti studiosi hanno studiato le caratteristiche di vibrazione delle pompe centrifughe. Kato et al.20 hanno analizzato la vibrazione di una pompa centrifuga multistadio mediante l'interazione unidirezionale fluido-struttura e hanno scoperto che la vibrazione ha origine principalmente dall'interazione tra il rotore e lo statore. Dai et al.21 hanno studiato l'effetto dell'eccitazione del fluido su una pompa centrifuga marina e hanno scoperto che la frequenza di vibrazione dominante era la frequenza di passaggio della pala. Jiang et al.22 hanno studiato la vibrazione e il rumore di una pompa centrifuga a cinque stadi utilizzando il metodo di accoppiamento fluido-struttura. Chen et al.23 hanno modellato la vibrazione e il rumore causati da una pompa centrifuga e hanno scoperto che la frequenza dominante della velocità di vibrazione della voluta era la frequenza di passaggio della pala. Rao24 ha scoperto che la pressione sulla linguetta della voluta delle pompe centrifughe era fortemente influenzata dalla frequenza di passaggio delle pale. Guo25 ha utilizzato il metodo dell’interazione fluido-struttura per analizzare le caratteristiche di vibrazione del rotore di una pompa centrifuga e la pulsazione della pressione ha mostrato cambiamenti periodici. Il lavoro di questi studiosi ha fornito un'esperienza per lo studio delle caratteristiche di frequenza delle pompe centrifughe, ma ci sono anche problemi nel processo di ricerca poiché ci sono pochi punti di misurazione e l'analisi delle caratteristiche di frequenza delle diverse posizioni non è completa.