Vibrace, které přicházejí a odcházejí
Operátoři hlásí, že PTFE výměník tepla v míchané niklovací nádrži viditelně vibruje-, ale pouze když míchadlo běží při určitých rychlostech. Při 45 otáčkách za minutu jsou elektronky v klidu. Při 60 otáčkách za minutu se ve vnějších řadách trubek rozvine nízkofrekvenční oscilace. Při 80 otáčkách za minutu vibrace opět zmizí. Vibrace jsou přerušované ne proto, že by byly náhodné, ale proto, že závisí na rychlosti míchadla, která odpovídá specifickým podmínkám pro uvolňování víru z lopatek oběžného kola.
Vibrace jsou víc než jen kuriozita. Vibrace vyvolané prouděním- vystavují PTFE trubky cyklickému ohybovému namáhání na nosných deskách. V průběhu tisíců cyklů stres kumuluje únavové poškození. Trubky, které vibrují při viditelné amplitudě, mohou předčasně selhat v kontaktních bodech podpory.
Diagnostika zdroje vibrací a jeho frekvenční shody s vlastní frekvencí trubice umožňuje cílené řešení -mírnou změnou rychlosti míchadla, úpravou oběžného kola nebo přidáním deflektoru proudění-, které rezonanci eliminuje bez větších změn zařízení.
Mechanismus uvolňování víru
Oběžné kolo míchadla vytváří proudové pole s periodickým kolísáním rychlosti. Když každá lopatka oběžného kola prochází daným bodem, generuje tlakový impuls. Frekvence těchto pulsů je -frekvence průchodu lopatky: BPF=(RPM / 60) × počet lopatek. 4-lopatkové oběžné kolo při 60 otáčkách za minutu vytváří frekvenci průchodu lopatek 4 Hz.
Kromě frekvence průchodu lopatek-vypouští oběžné kolo víry ze špiček lopatek. Frekvence uvolňování víru je úměrná rychlosti špičky lopatky dělené šířkou lopatky. U typického míchadla je frekvence uvolňování víru 5-20 Hz, v závislosti na průměru oběžného kola a rychlosti.
Pokud se frekvence průchodu lopatky nebo frekvence víru shoduje s vlastní frekvencí PTFE trubice v sousedním tepelném výměníku, dojde k rezonanci. Trubka kmitá při své vlastní frekvenci s amplitudou určenou energií přiváděnou z toku. Kmitání je nejvýraznější v trubkách nejblíže oběžnému kolu a se vzdáleností klesá.
| Parametr vibrací | Hodnota pro diagnostický příklad |
|---|---|
| Typ míchadla | 4-lopatková turbína se šikmými lopatkami |
| Průměr oběžného kola | 0.8 m |
| Rozsah otáček míchadla | 40-120 ot./min |
| Frekvenční rozsah-ostří | 2,7-8,0 Hz |
| Frekvenční rozsah víření | 6-18 Hz |
| Vlastní frekvence PTFE trubice (10 mm vnější průměr, 1 mm stěna, rozpětí 400 mm) | ~4,5 Hz |
| Rezonanční stav | Čepel-propouštěcí frekvence při ~68 RPM odpovídá 4,5 Hz |
| Pozorovaná rychlost vibrací | 60-75 ot./min |
Metoda diagnostického měření
Diagnostický postup měří skutečnou frekvenci vibrací PTFE trubic a porovnává ji s vypočítanými frekvencemi buzení míchadla. Akcelerometr připojený k reprezentativní trubici (s nádrží vypuštěnou na úroveň měření nebo pomocí vodotěsného akcelerometru) zaznamenává spektrum vibrací během provozu míchadla při různých rychlostech.
Vibrační spektrum vykazuje vrchol při vlastní frekvenci trubice, pokud dochází k rezonanci. Špičková amplituda je nejvyšší při rychlosti míchadla, která odpovídá frekvenci buzení vlastní frekvenci. Vodopádový graf-svisle naskládaných spekter vibrací pro každou rychlost míchadla-odhaluje stav rezonance jako vrchol, který stoupá a klesá, když rychlost prochází kritickým rozsahem.
Není-li měření akcelerometrem proveditelné, použije se jednodušší přístup pomocí stroboskopu. Stroboskop je namířen na vibrační trubice a seřizován, dokud zdánlivý pohyb nezamrzne. Frekvence záblesků, při kterých dochází k zamrznutí, se rovná frekvenci vibrací. To se porovná s vypočítanými frekvencemi procházení lopatky a víru-, aby se identifikoval zdroj buzení.
Strategie zmírňování
Jakmile je identifikován zdroj buzení a rezonanční stav, je k dispozici několik možností zmírnění. Změna rychlosti míchadla, abyste se vyhnuli kritickému rozsahu, je nejjednodušší a často nejpraktičtější řešení-přeřazení například z 68 RPM na 55 RPM nebo 80 RPM. Proces musí tolerovat změněnou intenzitu míchání.
Přidání deflektoru proudění nebo přepážky mezi oběžné kolo a tepelný výměník naruší organizovaný vír, než se dostane do trubek. Jednoduchá perforovaná deska nebo tyčová mřížka, umístěná 150-300 mm od oběžného kola, narušuje strukturu periodického proudění.
Úpravou rozteče podpěry elektronky se změní vlastní frekvence elektronky a oddálí se od frekvence buzení. Zmenšením rozpětí ze 400 mm na 300 mm se vlastní frekvence zvýší přibližně o 75 %, což je výrazně nad -frekvenčním rozsahem procházejícího lopatky.
Shrnutí
Přerušované vibrace trubek ve výměníku tepla z PTFE v blízkosti míchadla jsou způsobeny vírem nebo -protokovou frekvencí lopatek odpovídající vlastní frekvenci trubice. Diagnostika využívá měření akcelerometru nebo pozorování stroboskopem k potvrzení stavu rezonance a identifikaci kritické rychlosti míchadla. Možnosti zmírnění zahrnují úpravu rychlosti, instalaci deflektoru průtoku nebo zmenšení rozteče podpěr. Řešení vibrací zabraňuje dlouhodobému-poškození PTFE trubek únavou.
Technická podpora pro diagnostiku a zmírnění vibrací ve specifických instalacích výměníků tepla z PTFE je k dispozici po předložení specifikací míchadla, geometrie oběžného kola, rozměrů trubek a rozteče podpěr a pozorovaných rozsahů rychlosti vibrací.
