التعديل الصغير الذي يحدث فرقًا كبيرًا
تعد مضخات الطرد المركزي من أكثر الأجهزة استخدامًا لنقل السوائل في التطبيقات الصناعية. على الرغم من قوتها من حيث التصميم ، إلا أن مضخات الطرد المركزي تعاني عادةً من عطل ميكانيكي بسبب التآكل المفرط لمانع التسرب ، وتلف الانزلاق في المحامل و / أو فشل قفص المحمل. تستكشف هذه المقالة أوضاع الفشل الثلاثة هذه ، وباستخدام برنامج حساب المحمل الخاص بالملكية ، يشرح كيف يمكن للتخليص المحوري المناسب أن يخفف من هذه المشاكل لإطالة عمر خدمة المحامل ، وفي النهاية المضخة نفسها.
عند النظر داخل مضخة سائل الطرد المركزي ، يمكن العثور على وضعين محملين منفصلين. عادةً ما يكون الموضع الأمامي الأقرب إلى المكره هو المحمل غير المنتظم الذي يتفاعل مع الأحمال الشعاعية للنظام. يشيع استخدام محمل الكرة ذو الأخدود العميق أو محمل الأسطوانة الأسطوانية لهذا الغرض. عادةً ما يكون الموضع الخلفي هو زوج المحمل الذي يتم تحديده محوريًا ، والذي يحدد الخلوص النهائي المحوري ويتفاعل مع الحمل المحوري وكذلك الشعاعي. تستخدم معظم مضخات الطرد المركزي إما محمل كروي ملامس زاوي مزدوج الصف (DRACBB) أو زوج من محامل كريات التلامس الزاوي (ACBBs) أو زوج من محامل البكرات المستدقة.
الصورة 1: ترتيب المحمل النموذجي داخل مضخة طرد مركزي (الصور مقدمة من Schaeffler Group USA Inc.)
أوضاع الفشل
كما هو مذكور أعلاه ، فإن أنماط الفشل الثلاثة الشائعة في مضخات الطرد المركزي هي تآكل الختم ، وتلف الانزلاق في المحامل وكسر قفص المحمل. أول أوضاع الفشل هذه - تآكل الختم المفرط - ناتج عن انحراف العمود الرئيسي ، مما يزيد من قوة التلامس للختم ضد العمود ، مما يؤدي إلى ارتداء مادة الختم قبل الأوان. سيؤدي تقليل انحراف العمود إلى إطالة عمر الختم ، مما يؤدي إلى إطالة عمر نظام المضخة.
يحدث وضع الفشل الشائع الثاني لمضخات الطرد المركزي - تلف الانزلاق في المحامل - بسبب التحميل غير الكافي على أحد محامل تحديد الموقع. نظرًا لأن القوة المحورية للمضخة تعمل عادةً في اتجاه واحد فقط ، فإن أحد محامل تحديد الموقع فقط يأخذ غالبية الحمل بينما يتم استخدام المحمل الآخر لدعم أي حمل شعاعي إضافي ولحظة الانقلاب. اعتمادًا على ظروف التشغيل ، قد يؤدي ذلك إلى تفريغ محمل واحد ، حيث تميل العناصر المتدحرجة إلى الدوران بعيدًا عن محورها بدلاً من التدحرج على طول الاتجاه المقصود في مسار السباق. إن ACBBs و DRACBBs معرضة بشكل خاص لهذه الآلية في ظل ظروف تحميل خفيف. علاوة على ذلك ، يمكن أن تؤدي قوة الطرد المركزي المفروضة على الكرات أثناء وجودها خارج منطقة التحميل إلى تفاقم التغيير في زاوية التلامس التي تتعرض لها المحمل. يؤدي هذا الدوران الإضافي إلى ظاهرة تُعرف باسم الانزلاق ، والتي يمكن التعرف عليها من خلال مسارات الانزلاق على مضمار السباق والعناصر المتدحرجة. يمكن أن يساعد تقليل الخلوص أو حتى التحميل المسبق لمحامل تحديد الموقع في تجنب وضع الفشل هذا.
يمكن أن يؤدي الانزلاق أيضًا إلى كسر القفص ، وهو وضع الفشل الشائع الثالث لمضخات الطرد المركزي. داخل محمل خفيف التحميل ، تشكل منطقة التحميل جزءًا أصغر من مسار السباق. يمكن أن يتسبب هذا في تباطؤ العناصر المتدحرجة في جيب قفص المحمل أو الفرامل عند دخولها منطقة التفريغ في جيوب القفص ثم تسريعها عند دخولها مرة أخرى إلى منطقة التحميل والبدء في الدوران بشكل طبيعي مرة أخرى. إذا كانت هذه التسارعات والتباطؤات شديدة أو متكررة بدرجة كافية ، فيمكن أن يعاني القفص من التعب وفي النهاية كسر في الجيب نتيجة للضغوط الأعلى من المعتاد.
الصورة 2: انحراف الختم عند إعدادات خلوص محورية مختلفة للمحمل (تظهر في أفضل الممارسات البيئية)
التحليلات
للتحقيق في أوضاع الفشل هذه ، اختارت الشركة المصنعة للمحمل مضخة يوفرها المستخدم وراقبت الإزاحة عند السداد ، ونسبة لفة / دوران الكرات بالإضافة إلى تسارع القفص عبر أفضل نقطة كفاءة (BEP). لمحاكاة ظروف التشغيل العادية ، تم تشغيل جميع حالات التحميل عند 1780 دورة في الدقيقة (دورة في الدقيقة) مع فارق درجة حرارة 10 درجات مئوية (50 فهرنهايت) بين الحلقة الداخلية والخارجية. تمت محاكاة ثلاثة أزواج مختلفة من سلسلة 7313 ACBBs في موضع التحديد في ظل الظروف المذكورة أعلاه مع نطاقات خلوص متفاوتة. كانت جميع الأزواج التي تم اختبارها ذات تصميم عالمي (مخصصة للاستخدام كزوج في أي من الترتيب X أو O) وتضمنت فئات التخليص التالية: UA (خلوص محوري صغير) و UB (أصغر من الخلوص المحوري UA) و UO (خالية من التخليص) . تم ضبط الخلوص في محمل السلسلة 6313 الأمامي على الخلوص الطبيعي (CN) لجميع الحسابات. بناءً على التحميل المقدم ، يدعم محمل جانب المحرك في زوج تحديد الموقع الحمل المحوري في النظام ، بينما يدعم المحمل الموجود على جانب المكره أي حمل شعاعي وأحمال لحظة الانقلاب.
باستخدام معلمات الاختبار هذه وثلاثة أزواج مختلفة من ACBBs ، كانت إزاحة العمود في موقع الختم هي الشرط الأول الذي تم فحصه. يمكن رؤية هذه الانحرافات في الصورة 2. عند 0٪ BEP ، نتج عن زوج ACBBs بتخليص UA أكبر إزاحة للعمود. وفي الوقت نفسه ، انحرفت محامل إزالة UB بمقدار 13 ميكرومتر (ميكرومتر) أقل من إصدارات إزالة UA ، بينما انحرف زوج محامل إزالة UO بمقدار 27 ميكرومتر أقل من زوج UA في موقع الختم. شوهدت نتائج مماثلة عند 25٪ BEP: انحرف زوج إزالة UB بمقدار 11 ميكرومتر أقل من زوج UA ، بينما انحرف زوج إزالة UO بمقدار 24 ميكرومتر أقل من زوج UA في موقع الختم.
على الرغم من ظهور نتائج مماثلة عند 50٪ BEP ، تجدر الإشارة إلى أن الانحراف الكلي للعمود يتناقص مع زيادة BEP. انحرف زوج ACBBs بخلوص UB بمقدار 2 ميكرومتر أقل من زوج UA ، بينما انحرفت محامل إزالة UO بمقدار 4 ميكرومتر أقل من زوج UA في موقع الختم. عند 75٪ و 100٪ BEP ، انحرف زوج UA أقل من محامل UB و UO. عند 75٪ BEP ، انحرفت محامل خلوص UB بمقدار 1 ميكرومتر أكثر من محامل إزالة UA ، بينما انحرف زوج UO بمقدار 2 ميكرومتر أكثر من زوج UA في موقع الختم.
وبالمثل ، انحرفت محامل خلوص UB بمقدار 2 ميكرومتر أكثر من زوج UA عند 100٪ BEP ، بينما انحرفت محامل إزالة UO بمقدار 3 ميكرومتر أكثر من زوج UA في موقع الختم.
لا توجد سوى اختلافات هامشية في الانحراف عند نطاق أفضل لأفضل الممارسات البيئية ، ولكن هناك ميزة في أفضل أفضل الممارسات البيئية فيما يتعلق بتقليل تآكل مانع التسرب بسبب انحراف أقل للعمود.
الصورة 3: نسبة الدوران / الدوران كدالة لتحمل الخلوص المحوري
بعد تحليل انحراف العمود ، كانت نسبة الدوران / الدوران هي الشرط التالي الذي يجب فحصه. تم ربط نسبة الدوران / الدوران التي تزيد عن 0.5 باحتمالية أكبر لحدوث تلف في المحامل ، على الرغم من أن هذا قد يعتمد على التزييت في النظام. في هذا الجزء من التحليل ، تمت مراقبة المحامل في مواقع جانب المحرك والمكره ، ويمكن رؤية المخرجات الكاملة للنتائج في الصورة 3.
فيما يتعلق بزوج محمل خلوص UA ، تكون نسبة الدوران / الدوران أكبر من 1.1 لجميع حالات BEP في محمل جانب المكره ؛ يشير هذا إلى احتمال حدوث انزلاق. بينما تتحسن مواضع المحامل الجانبية للمحرك بمجرد زيادة أفضل الممارسات البيئية ، يظل الانزلاق مرجحًا عند التشغيل بنسبة 50٪ من أفضل المعاملات البيئية. وفي الوقت نفسه ، أظهر محمل جانب الدافع لزوج UB نسبة دوران / دوران أكبر من 0.9 لجميع حالات BEP - مرة أخرى ، مما يشير إلى احتمال حدوث انزلاق. لا يزال الانزلاق مصدر قلق عند 0٪ BEP و 25٪ BEP في محمل جانب المحرك ؛ حالة الانزلاق هي الحد الفاصل عند 50٪ BEP. أخيرًا ، أظهر محمل جانب المكره لزوج محمل خلوص UO نسبة لفة / دوران أكبر من 0.6 لجميع حالات BEP. يشير هذا إلى أن الانزلاق سيكون على الأرجح عند 0٪ BEP و 25٪ BEP ؛ في أفضل المعاملات البيئية الأعلى ، تكون حالة الانزلاق هي الحد الفاصل.
الصورة 4: اختلاف سرعة القفص كدالة لتحمل الخلوص المحوري
فيما يتعلق بنمط الفشل الشائع الثالث لمضخات الطرد المركزي - فشل القفص المحمل - أظهر تغير سرعة القفص للمحامل نتائج مشابهة لحالة الدوران / الدوران. تم تحديد ذلك من خلال حساب السرعة المدارية لكل كرة في جيوب القفص ثم استخدام التباين بين القيم القصوى والدنيا لتوليد فرق سرعة القفص كما هو موضح في الصورة 4.
نظرًا لأن الاختلافات الكبيرة في سرعة القفص تضع ضغطًا أكبر على الجيوب ، فقد تؤدي هذه الحالة إلى حدوث كسور. في الصورة 4 ، يظهر الزوج المحمل بخلوص UA أعلى فرق في سرعة القفص ؛ هذه الظاهرة واضحة بشكل خاص مع انخفاض أفضل الممارسات البيئية. بينما يعمل زوج UB بشكل أفضل ، يتم تحقيق أدنى اختلافات في سرعة القفص باستخدام محامل إزالة UO.
كما أظهر التحقيق السابق في أنماط الفشل الثلاثة الشائعة لمضخات الطرد المركزي ، فإن اختيار الخلوص المحوري المناسب للمحامل يجب أن يحسن من عمر المحامل ، وبالتالي المضخة نفسها.
يؤدي استخدام محمل ذو خلوص أقل إلى الحد من الانحراف عند مانع التسرب ، والذي بدوره يمكن أن يساعد في تحسين عمر ختم المضخة - خاصة عند التشغيل بعيدًا عن نطاقات أفضل أفضل الممارسات البيئية. علاوة على ذلك ، فإن الخلوص المنخفض يقلل من مقدار الانزلاق المحتمل في المحامل ، لا سيما في المحمل الفارغ الذي يستخدم بشكل أساسي للحمل اللحظي والشعاعي.
يمكن أن يؤدي اختيار الخلوص المناسب أيضًا إلى تقليل الضغوط في القفص بسبب التسارع ، والذي يمكن أن يطيل من عمر المحمل والنظام العام. ومع ذلك ، إذا استمر ظهور التلف في المحامل حتى مع نطاق خلوص منخفض ، فقد يكون من الضروري الانتقال إلى محمل محمل مسبقًا لتقليل احتمالية الانزلاق وإجهاد القفص.