Análise de vibração de um alto

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 20293 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As bombas centrífugas multiestágios de alta pressão têm sido amplamente utilizadas na indústria moderna e exigem baixa vibração e ruído. Neste estudo, a análise modal do sistema de rotor de uma bomba centrífuga de sete estágios foi realizada numericamente pela introdução de força de fluido para garantir que a bomba centrífuga não ressoasse. Uma bancada de testes de vibração foi estabelecida para investigar as características com vazões de 0,8Qd, 1,0Qd e 1,2Qd, e os dados de vibração de dez pontos de medição foram coletados. O período de vibração no mancal foi encontrado em torno de 20 ms e o período foi relacionado à frequência do eixo (SF) e à frequência de passagem da pá (BPF). A vibração da carcaça da bomba foi determinada principalmente pelo SF, duas vezes o SF e duas vezes o BPF. O movimento mecânico é o principal fator que causa a vibração da bomba, e o movimento instável do fluido também é uma causa importante.

As bombas centrífugas multiestágio são um equipamento importante para o transporte de fluidos com base na bomba centrífuga de estágio único, que pode fornecer líquido de alta pressão e é amplamente utilizada na agricultura e na indústria1,2,3. A indústria moderna apresentou requisitos mais elevados para a vibração de bombas centrífugas multiestágios4,5,6. O problema de vibração das bombas centrífugas certamente trará desafios para a segurança e estabilidade da operação7,8. A análise de vibração desempenha um papel importante na detecção de condições e no diagnóstico de falhas de bombas centrífugas de vários estágios9,10. O problema de vibração das bombas centrífugas de vários estágios é refletido principalmente no sistema do rotor. Quando a velocidade do rotor está próxima da velocidade crítica, pode até causar ressonância e causar danos enormes11,12. Sob a premissa de evitar a ressonância do sistema rotor, é de grande importância estudar as características de vibração das bombas centrífugas multiestágios para garantir sua operação segura. No entanto, a pesquisa atual nesta área concentra-se principalmente em bombas centrífugas de estágio único, e há poucos relatos de bombas centrífugas de estágio múltiplo.

A análise modal pode prever a condição de ressonância de bombas centrífugas extraindo formas de modo, frequências naturais e velocidades críticas, que é um método eficaz para analisar as características de vibração de bombas centrífugas13. Sendilvelan et al.14 realizaram análise modal em rotores de bombas centrífugas com diferentes espessuras e extraíram as frequências naturais e formas de modos do rotor. He et al.15 analisaram a vibração natural e as velocidades críticas do rotor de uma bomba centrífuga multiestágio com diferentes rigidezes de suporte e constataram que a primeira e a segunda velocidades críticas foram bastante afetadas pela rigidez do suporte. Tian et al.16 descobriram que a rigidez do suporte e a ação do fluido tiveram um impacto importante na velocidade crítica do rotor da bomba centrífuga de múltiplos estágios. Ashri et al.17 estudaram as frequências naturais e as formas de modo de impulsor de uma bomba centrífuga com o método dos elementos finitos e descobriram que a espessura do impulsor tinha grande influência na frequência natural. Zhao et al.18 estudaram as características de ressonância de um grande sistema de rotor de bomba centrífuga calculando as frequências naturais e velocidades críticas pelo método dos elementos finitos. Ping19 estudou o efeito da lacuna de vedação entre estágios de uma bomba centrífuga nas velocidades críticas combinando simulação numérica e experimento. Muitos fatores podem afetar a frequência natural e a velocidade crítica de um rotor de bomba centrífuga. No entanto, a força do fluido e as restrições do sistema do rotor devem ser consideradas.

Para se adaptar aos requisitos operacionais cada vez mais altos das bombas centrífugas, muitos estudiosos estudaram as características de vibração das bombas centrífugas. Kato et al.20 analisaram a vibração de uma bomba centrífuga de múltiplos estágios por interação fluido-estrutura unidirecional e descobriram que a vibração originava-se principalmente da interação entre o rotor e o estator. Dai et al.21 estudaram o efeito da excitação do fluido em uma bomba centrífuga marítima e descobriram que a frequência dominante de vibração era a frequência de passagem da pá. Jiang et al.22 estudaram a vibração e o ruído de uma bomba centrífuga de cinco estágios usando o método de acoplamento fluido-estrutura. Chen et al.23 modelaram a vibração e o ruído causados ​​por uma bomba centrífuga e descobriram que a frequência dominante da velocidade de vibração da voluta era a frequência de passagem da pá. Rao24 descobriu que a pressão na lingueta de voluta das bombas centrífugas era muito afetada pela frequência de passagem da pá. Guo25 usou o método de interação fluido-estrutura para analisar as características de vibração do rotor de uma bomba centrífuga, e a pulsação de pressão mostrou mudanças periódicas. O trabalho desses estudiosos forneceu uma experiência para estudar as características de frequência das bombas centrífugas, mas também há problemas no processo de pesquisa de que existem poucos pontos de medição e a análise das características de frequência de diferentes posições não é abrangente.