Собственные частоты колебаний лопасти вентилятора изменяются при раскрутке как и почему
Обновлено: 08.05.2024
Проблемы диагностики особенностей протекания гидравлических и аэродинамических процессов в специализированном вращающемся оборудовании также являются предметом пристального внимания и приложения знаний для практических специалистов по вибрационной диагностике состояния и поиска дефектов. Это вполне объяснимо, если учесть, что в обширной гамме эксплуатируемых в производстве вращающихся агрегатов различного назначения значительную долю составляют насосы для перекачки различных жидкостей, вентиляторы, дымососы, компрессоры для перекачки и сжатия газов. Многообразие типов и конструкций такого оборудования не поддается учету.
Все проблемы, приводящие к возникновению специфических вибраций в таком оборудовании, исходя из основных причин их возникновения и локализации, можно разделить на две основные группы.
- Проблемы, связанные с особенностями движения жидкостей и газов в проточных частях перекачивающего оборудования. Такие проблемы могут также возникать как во всасывающем аппарате, так и в выходной зоне насосов, вентиляторов и компрессоров.
- Проблемы, обусловленные особенностями конструкции перекачивающего оборудования. Они обусловлены конструктивным исполнением рабочих колес нагнетателей и встроенных направляющих аппаратов.
3.2.7.1. Лопаточная вибрация
Данный тип специфической вибрации возникает из-за особенностей механической конструкции насосов и вентиляторов. Несмотря на кажущуюся непрерывность потока перекачиваемой жидкости или газа, практически всегда имеет место некоторая дискретность, обусловленная элементарными объемами внутренних камер насосов и вентиляторов. Наиболее часто величина такого элементарного объема определяется возможностями одной лопатки рабочего колеса. По этой причине такая вибрация и называется лопаточной.
Эти два объяснения причин возникновения лопаточной вибрации в насосах и вентиляторах не противоречат друг другу, хотя внешне значительно различаются. По этой причине читатель может выбрать ту, которая ему больше нравиться, и в большей степени соответствует его пониманию причин возникновения лопаточной вибрации.
Лопаточная, или иногда ее еще называют лопастная, частота Fл является синхронной гармоникой оборотной частоты вращения ротора (рабочего колеса), и определяется конструктивными параметрами оборудования. Численно частота лопаточной гармоники рассчитывается как произведение количества лопаток на рабочем колесе насоса или вентилятора на оборотную частоту вращения ротора.
Гармоники лопаточной частоты в спектре вибросигнала всегда нормально присутствуют во всех работающих насосах, вентиляторах, компрессорах и т. д. Причина понятна – это заложено в принцип действия перекачивающих механизмов.
При небольшой собственной амплитуде гармоники вибрации с лопаточной частотой, их наличие является конструктивным свойством оборудования, и не служат однозначным признаком наличия проблем в насосе или в вентиляторе. Особого внимания они начинают заслуживать при определенных дефектах состояния и эксплуатации, когда амплитуда гармоники лопаточной частоты начинает возрастать.
В этом случае специалисту по вибрационной диагностике необходимо принимать решение по двум очень важным вопросам - является ли выявленное увеличение амплитуды лопаточной гармоники признаком возникновения в оборудовании дефекта, и можно ли такое оборудование эксплуатировать дальше или уже необходимо принимать экстренные меры по выводу оборудования их эксплуатации.
Наибольшее значение для процесса диагностики наличия дефекта, и определения уровня его развития, на приведенном на рисунке спектре вибросигнала имеют:
- Существенное увеличение амплитуды лопаточной гармоники относительно амплитуды оборотной гармоники частоты вращения насоса. Следует еще раз заметить, что конкретных количественных рекомендаций по этому вопросу нет. Основной причиной этого служит большое удаление вибродатчика, установленного на опорном подшипнике, от рабочей зоны насоса, где и возникают лопаточные вибрации.
- Появление в спектре вибрационного сигнала, наряду с первой гармоникой лопаточной частоты, второй гармоники лопаточной частоты, и, может быть, и третьей гармоники. Такая картина чем-то напоминает признаки механического ослабления, при котором количество гармоник может быть большим. Именно это и происходит при проблемах в проточной части, и хотя бы немного увеличенном зазоре в опорных подшипников. Также имеет место достаточно много гармоник, но чаще всего зарегистрировать их мы не можем, т. к. велико затухание высокочастотных гармоник внутри проточной части насоса.
- При наиболее сложных и развитых дефектах лопаточного аппарата имеет место возникновение боковых гармоник вокруг гармоники лопаточной частоты, сдвинутых на шаг по частоте, равный оборотной частоте ротора.
Вопрос о величине аварийного уровня лопаточной вибрации необходимо решать для каждого типа насоса отдельно, т. к. в каждой конструкции затухание вибросигнала на пути от колеса до точки установки вибродатчика различается. Этот уровень зависит так же от типа перекачиваемой жидкости и даже (и очень сильно!) от режима работы насоса. Более правильно, с методической точки зрения, сравнивать амплитуду лопаточных гармоник не с оборотной гармоникой частоты вращения ротора, а с амплитудами боковых гармоники лопаточной частоты. Еще более точно сравнивать эту амплитуду с амплитудой, которая было измерена ранее, и на полностью исправном насосе.
Для первого сравнения можно опираться на соотношение - если боковые гармоники превышают, по амплитуде, 10 % от величины лопаточной гармоники, то в данном агрегате высока вероятность наличия того или иного дефекта в проточной части. Специалист по диагностике должен серьезно подойти к исследованию гидравлических (аэродинамических) проблем в данном агрегате.
Высокая амплитуда лопаточной частоты и боковые гармоники могут быть сгенерированы в насосе или компрессоре при значительном износе рабочего колеса и проточной части, при значительном ослаблении сварных и клепаных конструкций. Такая же картина в спектре вибросигнала может возникнуть в насосе и при трещине в лопатке, при неодинаковом угле атаки лопаток. Еще типичной причиной появления большой лопаточной частоты может быть резкий изгиб выходной трубы, препятствующий нормальному течению жидкости, т. е. высокое гидравлическое сопротивление напорного трубопровода.
Достаточно часто гармоника лопаточной частоты может увеличиться и в том случае, когда ротор насоса или вентилятора расположен внутри проточной части эксцентрично. Спектральная картина всех описанных дефектов примерно одинакова и соответствует картине, приведенной на рис. 3.2.7.1.
3.2.7.2. Турбулентность потока
В зависимости от типа течения потока в трубопроводах и в проточной части насосов обычно различают спокойное, ламинарное течение, и завихренное, турбулентное. Турбулентное течение является основным в насосах и вентиляторах, и возникает как результат вращения рабочего колеса. Большое влияние на возникновение турбулентности оказывают трубопроводы, в которых турбулентность возникает в изгибах трубопроводов, наводится в местах стыков, уплотнений, задвижек.
Аналогичные процессы вибрации происходят и в промышленных вентиляторах и насосах. Турбулентное течение часто происходит в трубах со значительными перепадами давления или скорости прохождения воздуха через вентилятор или рабочее соединение трубопроводов или коробов. Это и является основной причиной турбулентности потоков.
Все эти рассуждения иллюстрируются рисунком 3.2.7.2., на котором приведен пример спектра вибрации насосного агрегата с сильной турбулентностью потока в выходном трубопроводе, возникшей из-за не полностью открытой выходной задвижки.
3.2.7.3. Кавитация
Кавитация является вредным явлением, т. к. при схлопывании пузырьков происходит разрушение внешней поверхности лопаток рабочего колеса, пусть оно даже изготовлено из сверхпрочного материала. Исчезновение каждого пузырька газа по своему воздействию может быть приравнено к микровзрыву на поверхности рабочего колеса. Итоги действия кавитации хорошо видны при разборке насосов в процессе ремонтов.
Кавитация достаточно хорошо слышна ухом при прослушивании при помощи деревянной сухой палочки. Когда в насосе происходит процесс кавитации, то это часто звучит так, как будто гравий с песком проходит через проточную часть насоса.
Кавитация в насосе может привести к тяжелым последствиям, если не будет вовремя устранена. Особенно опасна кавитация в зоне и непосредственно на лопастях. В целью уменьшения кавитации необходимо разнообразными мерами повышать давление на входе в насос.
В данной статье рассмотрен очередной дефект проекта/монтажа вентилятора, приведший к повышенной вибрации. Определяем причину и находим решение проблемы.
Примерный вид вентилятора
Пригласили на вентилятор для поиска постороннего шума от него. Источником было касание вибрирующей улитки о подшипниковый щит электродвигателя, с этим быстро разобрались. Но при измерении вибрации обнаружили ее повышенный уровень (>4,5 мм/с).
Точки измерения
Данные измерений (СКЗ виброскорости в диапазоне 10-1000 Гц):
| Направление | 1 | 2 |
|---|---|---|
| В | 2,9 | 1,8 |
| П | - | 5,5 |
| О | - | 5,3 |
Спектр виброскорости в горизонтальном направлении:
Спектр виброскорости в точке 2П
Как видим, вибрация на оборотной частоте 24,2 Гц. Достаточно большая разница амплитуд в вертикальном и горизонтальном направлениях может свидетельствовать о большем вкладе резонанса, чем дисбаланса. Проверяем на наличие резонанса. Даю команду на отключение агрегата, а сам в это время в режиме без усреднений наблюдаю за амплитудой вибрации на выбеге. Сразу после отключения амплитуда виброскорости вырастает до 11 мм/с и резко падает до 1,6 мм/с, затем еще один рост и резкое падение. Очень похоже, что мы в области резонанса. Дождавшись окончания выбега измеряю собственные часто тестом на удар.
Спектр собственных частот в точке 2П
Спектр собственных частот подтверждает, что при номинальной частоте вращения мы находимся в области резонанса, так же виден еще один пик в районе 15 Гц, который мы всегда проходим при разгоне-выбеге.
Осматривая крепление рамы агрегата вижу проектный или монтажный дефект. Основание из швеллеров, к которому должна крепиться рама вентилятора, не соответствует размеру рамы. При этом, опорная часть рамы вентилятора сделана из П-образного профиля, а прилегание к основанию должно быть "ножками" этого профиля. Из-за несоответствия размеров П-образный профиль находился на швеллере лишь одной своей стороной, что уменьшало жесткость всей конструкции.
Дефект крепления рамы к основанию
В связи с этим просто напрашивалась дополнительная опора под висящую в воздухе часть рамы. Было принято решение использовать имитацию домкрата в виде шпильки с накрученными на ее концы гайками.
Установка регулировочной опоры
Включаю прибор в режим измерения без усреднений и регулирую положение гайки на шпильке. В начальный момент происходит резкий рост вибрации до 18 мм/с, вся конструкция вентилятора начинает дребезжать. Это и логично, увеличивая жесткость мы смещаем собственную частоту в сторону оборотной и при их полном совпадении получаем максимальную вибрацию. Тут главное не бояться и не задерживаясь на пике резонанса продолжать увеличивать жесткость, задача - перепрыгнуть собственной частотой через оборотную и отвести ее как можно дальше. В результате было сделано не более 5 оборотов гайкой, а вибрация значительно упала.
Данные вибрации после установки и регулировки дополнительной опоры:
| Направление | 1 | 2 |
|---|---|---|
| В | 2,2 | 1,5 |
| П | 1,6 | 1,8 |
| О | - | 4,1 |
Домкраты оставлять после себя - плохой тон, поэтому в протоколе владельцу оборудования указал, что виброналадка будет окончена после установки дополнительной опоры под раму в виде уголка.
Схема обустройства дополнительной опоры
При этом крепление уголка (болтовое соединение или сварка) выполнять под моим контролем, так как необходимо обеспечить требуемую жесткость.
ampcreator
добрый день!
интересует такой вопрос: будучи в свое время наладчиком, приходилось настраивать на определенную частоту двигатели вентиляторов, но как-то повышать ее выше подборки на установку приточной вентиляции особо не решался (по крайней мере выше значения на шильде двигателя).
перешагнув ступень наоладчика, я уже очень долго не могу найти ответа, как определить допустимые пределы чатоты для работы двигателя (как нижний так и верхний)
У кого не спрашиваю - ответ получаю "смотрите на шильде установки". Если мыслить меркантильно, то да, можно посмотреть, но не соглашусь,что те, кто написал, намного умнее допустим меня. Но делиться никто не хочет.
Учитывая разновидности регуляторов, то семисторные опустим - у них минимум 30%, а максимум 100%
А как частотники? Мне что, официально в Сименс запрос делать нужно? Ответ типа "сейчас сброшу прогу для расчета" -не устраивает, необходимо понять метод вычисления.
Всем благодарю заранее.
Valiko
Величину, указанную на агрегате превышать не рекомендуется. рабочее колесо - центробежная сила разнести могёт
ampcreator
может разнести если что не только вентилятор, но и сам двигатель.
Каждому известно, что установка подбирается под определенное давление и расход, и исходя из этого поставщик оборудования комбинирует двигательь и вентилятор максимально возможно высоким КПД, но дальнейшая настройка выполняется частотником, так что то, что указано на установке, будет не всегда пределом! Это будет зависеть сугубо от того, где на данный момент находится уже ваша рабочая точка и форма кривой. не однократно встечал установки работающие на частоте около 40 ГЦ без привода(передачи). И что-то мне не верится что это максимум, так как в большинстве, максимальный КПд на 50hz находится.
Если вот установка со свободным вентилятором, то вообще не могу сообразить где смотреть максимум, а вот в оборудовании, в котором установлен радивльный вентилятор (улитка) парамерт максимальной частоты вращения указан.
tiptop
сам себе Sapiens
Московко Ю.Г.
Нижний предел по частоте вращения ассинхронных эл.двигателей ограничен эффективностью работы электродвигателя и его охлаждением (крыльчатка не справляется, т.как из-за плохого КПД большие тепловыделения), верхний работой электродвигателя (подшипники) + прочность колеса.
Российские поставщики не допускают превышение выше 50 Гц (эл. двиг на 60Гц - конструктивно другой эл.двиг).
При изменении частоты вращения КПД вентилятора НЕ ИЗМЕНЯЕТСЯ.
alem
Поставщики оборудования, например ВЕЗА, в подборе ставят частоту до 74 Гц (по последнему объекту) для общепром двигателей на 50 Гц, 1500 об/мин. Работу в течении гарантийного срока гарантируют. Фактически настроили на 65 Гц, три месяца не сегодня установки отработали.
LordN
есть частотники умные, есть тупые. умному достаточно вбить ограничение по току/потерям/мощности и выставляй верхний предел куда хочешь, пч сам не даст раскрутить двигло быстрее чем ему можно по вбитым ограничениям.
за конструктив на 50 и 60Гц ничего не скажу, но раз Юрий Георгиевич говорит что они разные - значит так оно и есть
самому приходилось разгонять венты, выводя на максимум, до 55Гц. не больше. в основном верхний предел приходится ограничивать т.к. тут взяли запасец, там, и еще здесь немножко прихватили
SSA
tiptop
сам себе Sapiens
Чем выше частота, тем меньше сила тока у катушки индуктивности, не так ли?
SSA
Сергей Валерьеви.
не вентиляторщик, поэтому тонкостей не знаю.. а вот на прессах АД на 1500 об разгонял до 65гц, причем оборудование работало значительно легче.. Там свои нюансы были, маховик.. А вообще разгонял авиационные до 400гц, но они для этого и созданы..
А темку лучше до нас, в электропривод, перенести..
alem
А что это, кстати, за ступень такая?
ampcreator
Инж . по вентиляции. Для меня все-таки это ступень.
Собственно я это и не говорил. Говорилось только о том, что КПД (вентилятора а не двигателя) зависит только от выбора рабочей точки. А частота - это как прямой фактор, который повлияет на ее расположение.
ail
нужно чтобы вентилятор был отбалансирован на более высокую частоту вращения, иначе - беда может быть, имхо
Valiko
кто будет балансировать? Критерии балансировки на более высокую скорость? Все вопросы и разрешение. ) - к заводу изготовителю. А то "отгреб в бубен лопастью" неизбежен. А отвечать будет - настройщик частотника
Barbus
Иногда меняем вентиляторы, потому что у них начинают отваливаться лопасти (металлические). Появляются такие трещины у основания. Вентиляторы нормальные, немецкие, рассчитанные на 50\60 Гц. Как-то нет никакого желания разгонять их.
JJJJ
Нет ничего невозможного если Заказчик адекватен и при деньгах
Прежде всего при повышении частоты у движка должен быть запас по мощности,
надо построить характеристику вентилятора и двигателя, найти рабочую точку и убедиться что
движок ее вытянет. В противном случае сгорит точно.
Во вторых узнать у производителя вентилятора и двигателя максимальную частоту вращения, дабы не развалились
под действием центробежной силы и возможно смещенного резонанса, а так же режима охлаждения, смазки подшипников и т.д. К примеру вентиляторы с клиноременной передачей иногда с 3000 до 5000 разгоняются и вполне нормально при этом работают.
Таким образом требуется официальное заключение производителей, а его получить непросто, на шильдике ведь написано.
LordN
при увеличении частоты мощность увеличивается при условии сохранения момента.
мощность = момент * обороты
JJJJ
Нет ничего невозможного если Заказчик адекватен и при деньгах
при увеличении частоты мощность увеличивается при условии сохранения момента.
мощность = момент * обороты
А момент то при этом растет вентилятор дополнительно нагружает двигатель при повышении оборотов.
Все хорошо видно на графике Н = F(G) с семейством кривых мощности двигателя.
Если расположить рабочую точку выше кривой мощности движка, то он ее не вытянет
и как правило перегревается или горит.
2017-04-02
Трехлопастный вентилятор, вращающийся с частотой $n = 10 с^$, освещается стробоскопом, частота вспышек которого может плавно изменяться в диапазоне от 2 до 200 Гц. При каких частотах вспышек стробоскопа будет казаться, что вентилятор
а) неподвижен и имеет три лопасти;
б) неподвижен и имеет шесть лопастей;
в) вращается в противоположную сторону с частотой $n_ = 0,25 с^$?
Угловая скорость вращения вентилятора рассчитывается по формуле $\omega = 2 \pi$. Вентилятор будет казаться неподвижным с тремя лопастями, если за время между вспышками $\tau$ лопасти повернутся на угол $\Delta \phi = \frac k, k = 1,2,3 \cdots$ (естественно, мы предполагаем, что все лопасти вентилятора одинаковы). Таким образом, условие будет выполнено при $2 \pi n \tau = \frac k$, или при частотах вспышек $\nu = \frac < \tau>= \frac$. Так как минимальна частота стробоскопа равняется 2 Гц, то максимальное значение $k_ = 15$.
Вентилятор будет казаться неподвижным с шестью лопастями, если за время между вспышками лопасти повернутся на угол $\Delta \phi = \frac< \pi> + \frac< 2 \pi> k, k = 0,1,2, \cdots$. Следовательно, частоты вспышек стробоскопа в этом случае можно найти из уравнения $2 \pi n \tau = \frac< \pi> + \frac k$, или $\nu = \frac < \tau>= \frac
Наконец, вентилятор будет казаться вращающимся в противоположную сторону с частотой $n_$, если за время между вспышками лопасти повернутся на угол $\Delta \phi = - 2 \pi n_ \tau + \frac k, k = 1,2,3 \cdots$ Соответствующе уравнения для определения частот стробоскопа имеет вид $2 \pi n \tau = - 2 \pi n_ \tau + \frac k$. Из которого следует $\nu = \frac < \tau>= \frac<3(n+n_)>; k = 1,2,3 \cdots 15$.
Читайте также: