เสียงปั๊มมักจะสร้างความปวดหัวให้กับลูกค้าเสมอ ไม่ว่าจะเกิดจากการทำงานผิดปกติหรือเสียงรบกวนจากตัวปั๊มเอง ฉันเชื่อว่าลูกค้าจำนวนมากจะประสบปัญหาเหล่านี้เมื่อใช้งานปั๊ม วันนี้ Lutsee จะมาอธิบายสาเหตุทั่วไปของเสียงรบกวนจากปั๊มให้คุณฟัง
เสียงทางกลมีต้นกำเนิดมาจากชิ้นส่วนหรือพื้นผิวที่สั่นสะเทือนซึ่งทำให้เกิดความผันผวนของแรงดันที่ได้ยินได้ในสื่อที่อยู่ติดกัน ตัวอย่างเช่น ลูกสูบ การสั่นสะเทือนที่ไม่สมดุลที่เกิดจากการหมุน และผนังท่อที่สั่นสะเทือน
ในปั๊มแบบปริมาตรกระบอกสูบเชิงบวก เสียงรบกวนมักเกี่ยวข้องกับความเร็วของปั๊มและจำนวนลูกสูบในปั๊ม การสั่นของของเหลวเป็นเสียงรบกวนหลักที่เกิดจากกลไก ในทางกลับกัน การสั่นเหล่านี้ยังสามารถกระตุ้นการสั่นสะเทือนทางกลไกในส่วนประกอบของระบบปั๊มและท่อได้อีกด้วย น้ำหนักถ่วงเพลาข้อเหวี่ยงที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือนตามความเร็วรอบ ซึ่งอาจทำให้สลักฐานคลายตัวและเกิดเสียงเคาะของฐานหรือรางนำทาง เสียงรบกวนอื่นๆ เกี่ยวข้องกับเสียงของก้านสูบที่สึกหรอ หมุดลูกสูบที่สึกหรอ หรือการกระแทกของลูกสูบ
ในปั๊มหอยโข่ง การติดตั้งข้อต่อไม่ถูกต้องมักทำให้เกิดเสียงดัง (การจัดตำแหน่งไม่ถูกต้อง) ที่ความเร็วของปั๊มสองเท่า หากความเร็วของปั๊มเข้าใกล้หรือผ่านความเร็ววิกฤตของระดับ อาจเกิดการสั่นสะเทือนสูงอันเนื่องมาจากความไม่สมดุลหรือเสียงรบกวนที่เกิดจากการสึกหรอของตลับลูกปืน ซีล หรือใบพัด หากเกิดการสึกหรอ ลักษณะเฉพาะของการสึกหรออาจเป็นเสียงหวีดแหลมสูง พัดลมมอเตอร์ไฟฟ้า ลิ่มเพลา และสลักข้อต่ออาจสร้างเสียงระยะห่างได้
แหล่งกำเนิดเสียงของเหลว
เมื่อความผันผวนของแรงดันเกิดขึ้นโดยตรงจากการเคลื่อนที่ของของเหลว แหล่งกำเนิดเสียงจะแปรผันตามพลศาสตร์ของไหล แหล่งพลังงานของไหลที่เป็นไปได้ ได้แก่ ความปั่นป่วน การแยกตัวของการไหลของของเหลว (สถานะกระแสน้ำวน) การเกิดโพรงอากาศ การเกิดค้อนน้ำ การระเหยอย่างรวดเร็ว และปฏิสัมพันธ์ระหว่างใบพัดและมุมแยกของปั๊ม แรงดันและจังหวะการไหลที่เกิดขึ้นอาจมีความถี่เป็นระยะหรือแบนด์วิดท์กว้าง และโดยทั่วไปอาจทำให้เกิดการสั่นสะเทือนทางกลในท่อหรือปั๊มเอง จากนั้น การสั่นสะเทือนทางกลสามารถกระจายเสียงไปในสภาพแวดล้อมได้
โดยทั่วไปแหล่งกำเนิดพัลส์ในปั๊มของเหลวมีอยู่ 4 ประเภท:
(1) ส่วนประกอบความถี่แยกที่สร้างโดยใบพัดหรือลูกสูบของปั๊ม
(2) พลังงานความปั่นป่วนแบบบรอดแบนด์ที่เกิดจากความเร็วการไหลสูง
(3) การสั่นเป็นระยะของสัญญาณรบกวนแบนด์วิดท์กว้างที่เกิดจากการเกิดโพรงอากาศ การระเหยแบบแฟลช และค้อนน้ำ ก่อให้เกิดเสียงกระทบ
(4) เมื่อของเหลวไหลผ่านสิ่งกีดขวางและลำน้ำสาขาข้างของระบบท่อ กระแสน้ำวนเป็นระยะ ๆ อาจทำให้เกิดการเต้นเป็นจังหวะอันเกิดจากการไหล ซึ่งอาจส่งผลให้สเปกตรัมการไหลรองของความผันผวนของความดันในปั๊มหอยโข่งเปลี่ยนแปลงไป
สิ่งนี้เป็นจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำงานภายใต้เงื่อนไขการไหลที่ไม่ใช่แบบออกแบบ ตัวเลขที่แสดงบนเส้นกระแสน้ำระบุตำแหน่งของหลักการกระบวนการการไหลต่อไปนี้:
เนื่องมาจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างชั้นขอบเขตระหว่างบริเวณความเร็วสูงและความเร็วต่ำในสนามการไหล รูปแบบการไหลที่ไม่เสถียรเหล่านี้ส่วนใหญ่จึงสร้างกระแสน้ำวน เช่น เกิดจากการไหลของของเหลวรอบสิ่งกีดขวางหรือผ่านโซนน้ำนิ่ง หรือจากการไหลแบบสองทิศทาง เมื่อกระแสน้ำวนเหล่านี้กระทบกับผนังด้านข้าง กระแสน้ำวนจะเปลี่ยนไปเป็นความผันผวนของความดันและอาจทำให้เกิดการสั่นในพื้นที่ในท่อหรือส่วนประกอบของปั๊ม การตอบสนองทางเสียงของระบบท่ออาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อความถี่และแอมพลิจูดของการแพร่กระจายของกระแสน้ำวน การวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่อเสียงสะท้อนในระบบสอดคล้องกับความถี่ธรรมชาติหรือความถี่ที่ต้องการของแหล่งกำเนิดเสียง กระแสน้ำวนจะแรง
เมื่อปั๊มหอยโข่งทำงานที่อัตราการไหลต่ำกว่าหรือมากกว่าประสิทธิภาพที่เหมาะสม มักจะได้ยินเสียงดังรอบๆ ตัวเรือนปั๊ม ระดับและความถี่ของเสียงนี้จะแตกต่างกันไปในแต่ละปั๊ม ขึ้นอยู่กับระดับแรงดันที่ปั๊มสร้างขึ้นในขณะนั้น อัตราส่วนของ NPSH ที่ต้องการต่อ NPSH ที่มีอยู่ และระดับที่ของเหลวในปั๊มเบี่ยงเบนจากอัตราการไหลที่เหมาะสม เมื่อมุมของใบพัดนำทางทางเข้า ใบพัด และตัวเรือน (หรือตัวกระจาย) ไม่เหมาะสมกับอัตราการไหลจริง มักจะเกิดเสียงขึ้น แหล่งที่มาหลักของเสียงนี้ถือว่ามาจากการหมุนเวียนด้วย
ก่อนที่ของเหลวจะไหลผ่านปั๊มหอยโข่งและได้รับแรงดัน ของเหลวจะต้องไหลผ่านบริเวณที่มีแรงดันไม่เกินแรงดันที่มีอยู่ในท่อทางเข้า ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากการเร่งความเร็วของของเหลวที่เข้าสู่ทางเข้าใบพัด รวมถึงการแยกตัวของการไหลของอากาศจากใบพัดทางเข้าใบพัด หากอัตราการไหลแบบ V เกินอัตราการไหลที่ออกแบบไว้และมุมใบพัดที่ตรงกันไม่ถูกต้อง จะเกิดกระแสน้ำวนความเร็วสูงและแรงดันต่ำ หากแรงดันของเหลวลดลงถึงแรงดันการระเหย ก๊าซของเหลวจะพุ่งออกมา แรงดันภายในช่องทางจะเพิ่มขึ้นในภายหลัง การระเบิดที่เกิดขึ้นตามมาจะทำให้เกิดเสียงที่เรียกกันทั่วไปว่าการเกิดโพรงอากาศ โดยทั่วไปแล้ว การแตกของช่องอากาศที่ด้านที่ไม่มีแรงดันของใบพัดไม่เพียงแต่ทำให้เกิดเสียงเท่านั้น แต่ยังก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรง (การกัดกร่อนของใบพัด) อีกด้วย
ระดับเสียงที่วัดได้จากตัวเรือนปั๊มขนาด 8,000 แรงม้า (5,970 กิโลวัตต์) และใกล้ท่อทางเข้าในระหว่างการเกิดโพรงอากาศ
การเกิดโพรงอากาศสามารถกระตุ้นการกระแทกแบบบรอดแบนด์ของความถี่ต่างๆ ได้ อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ความถี่ทั่วไปของใบพัด (จำนวนใบพัดคูณด้วยจำนวนรอบต่อวินาที) และทวีคูณของใบพัดจะมีอิทธิพลเหนือกว่า เสียงรบกวนจากโพรงอากาศประเภทนี้มักจะสร้างเสียงรบกวนที่มีความถี่สูงมาก ซึ่งเรียกอีกอย่างว่า "เสียงรบกวนจากการระเบิด"
เสียงรบกวนจากการเกิดโพรงอากาศอาจได้ยินเมื่ออัตราการไหลต่ำกว่าเงื่อนไขการออกแบบ หรือแม้กระทั่งเมื่อค่า NPSH ของทางเข้าที่มีอยู่เกินค่า NPSH ที่ปั๊มต้องการ ซึ่งเป็นปัญหาที่น่าฉงนมาก คำอธิบายที่เฟรเซอร์เสนอแนะแสดงให้เห็นว่าเสียงรบกวนที่มีความถี่ต่ำไม่สม่ำเสมอแต่มีความเข้มสูงนี้มีต้นกำเนิดมาจากการไหลย้อนกลับที่ทางเข้าหรือทางออกของใบพัด หรือที่ตำแหน่งสองตำแหน่ง และปั๊มหอยโข่งทุกตัวจะประสบกับการหมุนเวียนนี้เมื่ออัตราการไหลลดลงในระดับหนึ่ง การทำงานภายใต้เงื่อนไขการหมุนเวียนจะทำให้ทางเข้าและทางออกของใบพัดเสียหาย (รวมถึงด้านแรงดันของใบพัดนำทางตัวเรือน) การเพิ่มขึ้นของความดังของเสียงรบกวนจากแรงกระตุ้น เสียงรบกวนที่ไม่สม่ำเสมอ และการเพิ่มขึ้นของการเต้นของแรงดันทางเข้าและทางออกเมื่ออัตราการไหลลดลง ล้วนเป็นหลักฐานของการหมุนเวียน
ตัวควบคุมแรงดันอัตโนมัติหรือวาล์วควบคุมการไหลอาจก่อให้เกิดเสียงรบกวนที่เกี่ยวข้องกับทั้งความปั่นป่วนและการแยกตัวของการไหลของอากาศ เมื่อวาล์วเหล่านี้ทำงานภายใต้ความดันลดลงอย่างรุนแรง จะมีอัตราการไหลสูงซึ่งก่อให้เกิดความปั่นป่วนอย่างมีนัยสำคัญ แม้ว่าสเปกตรัมเสียงรบกวนที่เกิดขึ้นจะมีแบนด์วิดท์กว้างมาก แต่ลักษณะของมันนั้นอยู่ตรงกลางของความถี่ที่มีค่า Strouhal number ที่สอดคล้องกันอยู่ที่ประมาณ 0.2
การเกิดโพรงอากาศและการระเหยแบบฉับพลัน
สำหรับระบบปั๊มของเหลวส่วนใหญ่ มักเกิดการระเหยอย่างรวดเร็วและการเกิดโพรงอากาศซึ่งเกี่ยวข้องกับวาล์วควบคุมความดันในปั๊มหรือระบบส่งจ่าย เนื่องจากการสูญเสียการไหลอย่างมีนัยสำคัญที่เกิดจากการควบคุมปริมาณ อัตราการไหลที่สูงขึ้นจึงส่งผลให้เกิดโพรงอากาศที่รุนแรงยิ่งขึ้น
ในท่อดูดของปั๊มแบบปริมาตรจ่ายบวก ลูกสูบอาจสร้างจังหวะที่มีแอมพลิจูดสูงและได้รับการเพิ่มประสิทธิภาพจากประสิทธิภาพเสียงของระบบ ทำให้แรงดันไดนามิกไปถึงแรงดันการระเหยของของเหลวเป็นระยะๆ แม้ว่าแรงดันสถิตที่ช่องดูดอาจสูงกว่าแรงดันนี้ก็ตาม เมื่อแรงดันหมุนเวียนเพิ่มขึ้น ฟองอากาศจะแตกออก ส่งผลให้เกิดเสียงดังและกระทบต่อระบบ ซึ่งอาจนำไปสู่การกัดกร่อนและยังก่อให้เกิดเสียงที่ไม่พึงประสงค์อีกด้วย
เมื่อความดันของน้ำที่มีแรงดันสูงลดลงผ่านการควบคุมปริมาณ (เช่น วาล์วควบคุมการไหล) การระเหยอย่างรวดเร็วมักเกิดขึ้นในระบบน้ำร้อน (ระบบปั๊มป้อน) ความดันที่ลดลงทำให้ของเหลวกลายเป็นไออย่างกะทันหัน กล่าวคือ การระเหยอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดเสียงคล้ายกับการเกิดโพรงอากาศ เพื่อหลีกเลี่ยงการระเหยอย่างรวดเร็วหลังจากการควบคุมปริมาณ ควรมีแรงดันย้อนกลับที่เพียงพอ ในทางกลับกัน ควรใช้การควบคุมปริมาณที่ปลายท่อเพื่อกระจายพลังงานของการระเหยอย่างรวดเร็วไปยังพื้นที่ขนาดใหญ่