Analyse vibratoire d'un haut

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 20293 (2022) Citer cet article

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Les pompes centrifuges multicellulaires haute pression ont été largement utilisées dans l’industrie moderne et nécessitaient de faibles vibrations et bruits. Dans cette étude, l'analyse modale du système de rotor d'une pompe centrifuge à sept étages a été réalisée numériquement en introduisant une force fluide pour garantir que la pompe centrifuge ne résonnerait pas. Un banc d'essai de vibration a été créé pour étudier les caractéristiques avec des débits de 0,8Qd, 1,0Qd et 1,2Qd, et les données de vibration de dix points de mesure ont été collectées. La période de vibration au niveau du roulement s'est avérée être d'environ 20 ms et elle était liée à la fréquence de l'arbre (SF) et à la fréquence de passage des pales (BPF). La vibration du corps de pompe était principalement déterminée par le SF, deux fois le SF et deux fois le BPF. Le mouvement mécanique est le principal facteur provoquant les vibrations de la pompe, et le mouvement instable du fluide est également une cause importante.

Les pompes centrifuges multicellulaires sont un équipement important pour le transport de fluides basé sur la pompe centrifuge à un étage, qui pourrait fournir un liquide à haute pression et est largement utilisée dans l'agriculture et l'industrie1,2,3. L'industrie moderne a mis en avant des exigences plus élevées en matière de vibration des pompes centrifuges multicellulaires4,5,6. Le problème des vibrations des pompes centrifuges ne manquera pas de poser des défis en matière de sécurité et de stabilité de fonctionnement7,8. L'analyse des vibrations joue un rôle important dans la détection de l'état et le diagnostic des défauts des pompes centrifuges multicellulaires9,10. Le problème de vibration des pompes centrifuges multicellulaires se reflète principalement dans le système de rotor. Lorsque la vitesse du rotor est proche de la vitesse critique, elle peut même provoquer une résonance et causer d'énormes dommages11,12. Dans le but d'éviter la résonance du système de rotor, il est d'une grande importance d'étudier les caractéristiques vibratoires des pompes centrifuges multicellulaires pour garantir leur fonctionnement sûr. Cependant, les recherches actuelles dans ce domaine se concentrent principalement sur les pompes centrifuges à un étage, et il existe peu de rapports sur les pompes centrifuges à plusieurs étages.

L'analyse modale peut prédire l'état de résonance des pompes centrifuges en extrayant les formes de mode, les fréquences propres et les vitesses critiques, ce qui constitue une méthode efficace pour analyser les caractéristiques vibratoires des pompes centrifuges13. Sendilvelan et al.14 ont effectué une analyse modale sur des roues de pompes centrifuges de différentes épaisseurs et ont extrait les fréquences naturelles et les formes modales de la roue. He et al.15 ont analysé les vibrations naturelles et les vitesses critiques du rotor d'une pompe centrifuge multicellulaire avec différentes rigidités de support et ont constaté que les première et deuxième vitesses critiques étaient fortement affectées par la rigidité du support. Tian et al.16 ont découvert que la rigidité du support et l'action du fluide avaient un impact important sur la vitesse critique du rotor de la pompe centrifuge multicellulaire. Ashri et al.17 ont étudié les fréquences propres et les formes modales d'une roue de pompe centrifuge avec la méthode des éléments finis et ont découvert que l'épaisseur de la roue avait une grande influence sur la fréquence naturelle. Zhao et al.18 ont étudié les caractéristiques de résonance d'un grand système de rotor de pompe centrifuge en calculant les fréquences naturelles et les vitesses critiques par la méthode des éléments finis. Ping19 a étudié l'effet de l'espace d'étanchéité entre les étages d'une pompe centrifuge sur les vitesses critiques en combinant simulation numérique et expérimentation. De nombreux facteurs peuvent affecter la fréquence naturelle et la vitesse critique du rotor d’une pompe centrifuge. Cependant, la force du fluide et les contraintes du système rotor doivent être prises en compte.

Pour s'adapter aux exigences de fonctionnement de plus en plus élevées des pompes centrifuges, de nombreux chercheurs ont étudié les caractéristiques vibratoires des pompes centrifuges. Kato et al.20 ont analysé la vibration d'une pompe centrifuge à plusieurs étages par interaction fluide-structure unidirectionnelle et ont découvert que la vibration provenait principalement de l'interaction entre le rotor et le stator. Dai et al.21 ont étudié l'effet de l'excitation du fluide sur une pompe centrifuge marine et ont découvert que la fréquence dominante de vibration était la fréquence de passage des pales. Jiang et al.22 ont étudié les vibrations et le bruit d'une pompe centrifuge à cinq étages en utilisant la méthode de couplage fluide-structure. Chen et al.23 ont modélisé les vibrations et le bruit provoqués par une pompe centrifuge et ont découvert que la fréquence dominante de la vitesse de vibration de la volute était la fréquence de passage des pales. Rao24 a découvert que la pression au niveau de la volute des pompes centrifuges était fortement affectée par la fréquence de passage des pales. Guo25 a utilisé la méthode d'interaction fluide-structure pour analyser les caractéristiques de vibration du rotor d'une pompe centrifuge, et la pulsation de pression a montré des changements périodiques. Le travail de ces chercheurs a fourni une expérience pour étudier les caractéristiques de fréquence des pompes centrifuges, mais il existe également des problèmes dans le processus de recherche car il y a peu de points de mesure et l'analyse des caractéristiques de fréquence de différentes positions n'est pas exhaustive.