Раздел: оборудование и техника
 Рассмотрим основные нестационарные явления. В нижней части камеры рабочего колеса имеют место пульсации давления их значения тут максимальны. Частота этих пульсаций — лопастная. Эпюры давления на стенке камеры рабочего колеса за одной лопастью при последовательном прохождении ее мимо датчика повторяют одна другую. Каждая лопасть имеет свой почерк.
Давление на стенке камеры при прохождении лопасти изменяется от минимального на тыльной до максимального на рабочей стороне лопасти. При снижении давления до давления насыщенных паров появляется кавитация. На осциллограмме в этот момент появляются горизонтальные площадки. На рабочей стороне вследствие неравномерного распределения давления в межлопастном канале оно в 1,1—1,3 раза выше напора, который развивают центробежные погружные насосы.
При удалении от камеры рабочего колеса вверх и вниз амплитуда пульсации давления на стенке проточного тракта быстро уменьшается.
Пульсация давления с оборотной частотой наблюдается у насосов с неодинаковой установкой лопастей рабочего колеса. Такая пульсация четко прослеживалась в испытанных авторами насосах, когда расхождения в угле установки лопастей достигали 1 —1,5°, и практически отсутствовала на станциях, где точности установки лопастей насосов придавали особое значение.
Особенно заметно проявляются пульсации давления на оборотной частоте в режимах кавитации. Размер кавитационной зоны на стенке камеры и пристеночных сечениях лопасти оценивается центральным углом, достигающим в наиболее неблагоприятных режимах 30°, т. е. трети межлопастного канала.
Размер кавитационной зоны зависит от различия в углах установки лопастей и формы каналов, образованных соседними лопастями. Наибольшего размера кавитационные зоны достигают за лопастями, установленными под большим углом, образующими со следующими за ними лопастями диффузорный канал.
Влияние формы канала наглядно прослеживается, если график изменения длины зоны кавитации за лопастями сдвинуть соответственно на 0°58' и 0°36' вправо и этим как бы привести их к углу установки лопастей. Разница между приведенной таким образом длиной зоны кавитации за лопастями и длиной зоны кавитации за лопастями объясняется диффузорностью каналов за лопастями.
Неодинаковая установка лопастей, особенно в режимах кавитации, вызывает гидравлический дебаланс рабочего колеса и появление на осциллограммах пульсации давления и вибрации с оборотной частотой.
Нестационарность кавитационной зоны за лопастью, например, из-за эксцентричности камеры относительно оси рабочего колеса, из-за влияния подвода и т. д. вызывает изменение значения и точки приложения равнодействующей подъемной силы относительно оси лопастей и заметную их вибрацию.
На низкочастотные пульсации давления с оборотной, лопастной и лопаточной частотой накладываются высокочастотные пульсации давления, вызываемые наложением лопастной, лопаточной и оборотных частот, срывом вихрей с обтекаемых поверхностей и пульсацией кавитационных каверн. Значение этих пульсаций давления, за исключением вызываемых разницей размеров кавитационных зон у горизонтальных насосов в стационарных режимах, как правило, невелики.
Вибрации гидромеханического оборудования насосных станций являются следствием механического дебаланса вращающихся масс, колебания вращающего момента вследствие конечного числа пар полюсов, пульсации давления, гидравлического дебаланса и развития кавитационных явлений в проточной части насосов.
Для более ясного представления о вибрации элементов насосного агрегата кратко остановимся на причинах ее появления и закономерностях ее изменения в стационарных режимах.
Вибрации, вызванные механическим дебалансом вращающихся масс и имеющие оборотную частоту, вызваны плохой динамической балансировкой ротора двигателя и рабочего колеса или некачественной их сборкой.
Вибрации, обусловливаемые конечным числом пар полюсов невелики по амплитуде. О суммарной амплитуде вибраций, вызванных этой причиной и дебалансом, можно судить при «сухом» пуске агрегата, а о вибрации из-за механического дебаланса вращающихся масс — измеряя вибрацию сразу после отключения вращающегося «насухо» агрегата.
Основной причиной вибрации качественно собранного агрегата является пульсация давления в проточном тракте. Особенно большие нагрузки и вибрации испытывают стенки проточного тракта, подверженные знакопеременным пульсациям давления. К таким участкам в первую очередь относится нижняя часть камеры рабочего колеса, находящаяся против входных кромок лопастей.
На насосах станций канала имени Москвы под действием этих знакопеременных нагрузок из-за усталостных напряжений трескалась противокавитационная облицовка камер рабочего колеса, изготовленная из вязкой нержавеющей стали толщиной 10 мм.
Измерения вибрации, проведенные МИСИ имени В. В. Куйбышева на насосах каналов Иртыш — Караганда и Каршинского магистрального, показали, что наибольшие амплитуды вибрации приходятся на нижнюю часть камеры рабочего колеса, причем колебания оболочки камеры между ребрами жесткости в несколько раз превышают ее колебания в месте расположения ребер жесткости.
Колебания оболочки, обегающие ее с оборотной частотой, имеют синусоидальный характер, вызванный изменением давления на стенке камеры. Подобный характер колебаний оболочки объясняется видом прилагаемой нагрузки, защемлением оболочки камеры рабочего колеса у выправляющего аппарата и свободным сальниковым креплением нижнего конуса к всасывающей трубе.
Существенное влияние на значение виброперемещений насоса оказывают жесткость здания насосной станции и способ заделки стенок проточного тракта в бетон. Увеличение жесткости конструкции насосных станций Каршинского магистрального канала по сравнению со станциями канала Иртыш — Караганда, омоноличива-ние выправляющего аппарата и отводящего конуса насоса в бетон, а также уменьшение гидравлического дебаланса привело к уменьшению амплитуды виброперемещений стенок камеры в стационарных режимах в несколько раз.
Амплитуда виброперемещений уменьшается при удалении от области максимальных возмущений — нижней части камеры рабочего колеса. Зависимость амплитуды вибрации элементов проточного тракта исправного осевого насоса от режима его работы аналогична зависимости пульсации давления.
Вибрации насоса в области камеры рабочего колеса увеличиваются с увеличением угла разворота лопастей рабочего колеса, напора, с уменьшением подтопления рабочего колеса. Весьма отрицательно сказывается на амплитуде вибрации насоса появление кавитационных зон, особенно при наличии гидравлического дебаланса, появляющегося при неодинаковой установке лопастей рабочего колеса.
При изменении размера кавитационных зон за лопастью в пределах одного оборота вала насоса (например, из-за эксцентричности оси рабочего колеса относительно камеры, влияния подвода и т. д.) меняются значение подъемной силы лопасти и ее эксцентриситет относительно оси поворота лопасти. Это вызывает вибрацию лопастей и увеличение боя вала.
Амплитуда вибрации насоса существенно увеличивается при увеличении напора сверх оптимального. При открытии клапана срыва вакуума и увеличении напора на 2—4 м амплитуда виброперемещений насоса ОП-185 возрастала обычно в 2 раза, а иногда и более.
Вибрации двигателя и опорных конструкций подчиняются другой закономерности. Амплитуда их уменьшается с увеличением угла разворота лопастей рабочего колеса. Это объясняется увеличением осевого усилия, снижающего способность вала к перемещениям.
Таким образом, уровень вибрации насоса является показателем качества его сборки и характеристикой его работы, показателем, определяющим срок службы насоса. Для оценки вибрации в установившихся режимах можно использовать графики норм VDI, нашедшие распространение в зарубежной практике или нормы на вибрацию узлов подшипников гидротурбин. Следует отметить, что последние нормы, помимо частоты вращения, учитывают и диаметр рабочего колеса, т. е. более полно учитывают жесткость конструкции агрегата.
Помимо снижения надежности работы агрегата, повышенная вибрация оказывает вредное влияние на технический персонал станции. Согласно СН 245-71 среднеквадратичные значения колебательной скорости в октавных полосах частот или амплитуды перемещений,, передаваемых на рабочие места в производственные помещения, не должны превышать 100 дБ или 0,16 мм причастоте 5 Гц. При повышении частоты колебаний допустимые уровни скорости и амплитуды перемещений уменьшаются.
Список статей раздела: оборудование и техника
|
