Kokie veiksniai veikia hidraulinių siurblių našumą?

Vidinės hidraulinių siurblių naudingumo nuostoliai

Hidraulinio siurblio naudingumas tiesiogiai veikia eksploatacijos išlaidas ir sistemos patikimumą, o trys pagrindinės nuostolių kategorijos pablogina našumą.

Tūriniai nuostoliai: vidinė nutekėjimas ir skysčio suspaudžiamumo poveikis

Kai skysčiai prateka per mažus tarpus tarp judančių dalių ir jų korpuso, tai natūraliai sumažina faktiškai tiekiamo skysčio kiekį. Problema dar labiau pasunkėja, nes skysčiai esant slėgiui gali susispausti, keisdami savo tūrį priklausomai nuo sistemos slėgio – tai ypač pastebima aukšto slėgio sistemose. Senesni siurbliai laikui bėgant dėl dilimo ir nusidėvėjimo praranda apie 15–30 proc. daugiau skysčio. Nauji siurbliai paprastai veikia su apytikriai 95 % naudingumo koeficientu, tačiau po kelių metų eksploatacijos daugelis jų naudingumo koeficientas pagal 2023 m. Engineering Toolbox duomenis sumažėja žemiau 80 %. Kas nutinka toliau? Siurblys privalo dirbti sunkiau, kad sukurtų tą patį išvesties kiekį, todėl energijos sąnaudos žymiai padidėja – kartais net iki ketvirčio daugiau nei reikėtų.

Mechaniniai nuostoliai: trintis, guolių dilimas ir sandarinimo elementų pasipriešinimas

Tarkime, kad trintis atsiranda tų slydimo dalių srityse, kurias visi taip gerai pažįstame – guoliuose, stūmokliuose ir krumplių dantuose, o ši trintis sunaikina nuo 7 iki 12 procentų energijos, patekusančios į sistemą. Kai guoliai pradeda dėvėtis, jie sukuria žymiai didesnį sukimo varžtį – kartais net iki 40 % papildomo pasipriešinimo. O nė nepaminėsi senųjų tarpinių. Jos praleidžia įvairias nenorimas traukos jėgas, kurios gali sumažinti mechaninį naudingumo koeficientą net 8 %, ypač aukšto slėgio situacijose. Ką visa tai reiškia? Paprasčiausiai tai, kad anksčiau produktyvi energija dabar virsta šiluma vietoj to, kad judintų skysčius ten, kur jie reikalingi. Šilumos kaupimasis greičiau susidėvi visoms komponentams. Todėl reguliarūs tepimo patikrinimai yra labai svarbūs, kad metaliniai paviršiai nebarstytų vienas į kitą tiesiogiai ir būtų išlaikytas geras bendras mašinos našumas.

Hidrauliniai nuostoliai: Turbulencija, tekėjimo atskyrimas ir vožtuvų pasipriešinimas

Inefektyvios hidraulinės sistemos dažnai atsiranda dėl problemų, tokių kaip turbulencija įvartuose, srauto atskyrimasis stačiuose kampuose ar staigiose skerspjūvio kaitoje, taip pat slėgio nuostoliai, vykstantys valdymo vožtuvuose. Kai skysčio srautas tampa turbulentus, jis tiesiog virsta šilumos energija ir eina perniek. Srauto atskyrimasis sukuria erzinančius sūkurius, kurie iš esmės atima kinetinę energiją iš sistemos. Be to, nereikėtų pamiršti ir vožtuvų pasipriešinimo, ypač krypties valdymo vožtuvų, kurių nuostoliai kartais gali sunaikinti apie 20 % visos sistemos slėgio. Norint užtikrinti sklandų veikimą, inžinieriai turėtų sutelkti dėmesį į geresnius įvartų projektavimus, pagalvoti apie didesnių ar žemesnio slėgio skirtumo (delta-P) vožtuvų montavimą, kai tik tai įmanoma, bei bendrai stebėti staigius vamzdynų perėjimus, kurie trikdo natūralų srauto modelį. Šie pakeitimai labai padeda išlaikyti pageidautinę laminarinę srauto būseną, kuri yra būtina gerai hidraulinės sistemos veikimui.

Skystojo hidraulinio skysčio savybės ir jų poveikis siurblio našumui

Klampumo vaidmuo sandarinime, tepime ir tūrinėje naudingumo koeficiento reikšmėje

Tinkama klampumas vaidina pagrindinį vaidmenį užtikrinant tinkamą sandarinimą, gerą tepimą ir skysčių tekėjimo valdymą per sistemas. Kai klampumas yra tiksliai tinkamas, tarp arti vienas kito esančių detalių susidaro stiprus apsauginis sluoksnis, kuris padeda sustabdyti nutekėjimus sistemoje. Tai ypač svarbu, nes per dideli nutekėjimai gali sumažinti tūrinę naudingumą maždaug 15 procentų aukšto slėgio sistemose, kaip nurodyta 2023 m. Skysčių dinamikos ataskaitoje. Tinkamas klampumas taip pat užtikrina, kad guoliai ir sandarinimo elementai būtų gerai tepami, todėl sumažėja trinties sukeliamas ausimas ir tuo pačiu taip pat taupoma energija. Kita vertus, jei skystis per plona, ji labiau nutekės ir neužtikrins pakankamos apsaugos. Tačiau jei ji per storesnė, sistema turi dirbti sunkiau įveikdama pasipriešinimą, todėl sunaudojama daugiau energijos nei reikia. Laikymasis gamintojų rekomenduojamų klampumo reikšmių yra ne tik svarbu siekiant pasiekti maksimalų šių sistemų naudingumą, bet iš tikrųjų padeda ilgiau išlaikyti komponentus, kol jie reikės keisti.

Temperatūros sąlygoti klampumo pokyčiai ir naudingumo koeficientas esant geriausiam naudingumo taškui (BEP)

Temperatūros pokyčiai labai veikia skysčio klampumą, o tai turi įtakos siurblių našumui ties geriausio efektyvumo tašku (BEP), kai jie sunaudoja mažiausiai energijos kiekvienam srauto vienetui. Kai temperatūra pakyla apie 30 laipsnių Celsijaus, skystis tampa maždaug dvigubai retesnis. Dėl to padidėja vidinė sklaida ir darbai nukreipiami nuo to optimalaus taško, vadinamo BEP. Remiantis 2023 m. atlikto Tyrimo dėl šiluminio našumo duomenimis, tokie pokyčiai gali sumažinti bendrą sistemos efektyvumą maždaug 10 %. Karštas oras padaro skystį retesnį, dėl ko tarpiniai sandarikliai dirba sunkiau, o tepimas tampa nebe toks veiksmingas. Šaltos aplinkos daro priešingą poveikį – sukuria storesnį skystį, kuris didina srauto pasipriešinimą ir reikalauja papildomos galios. Todėl daugelis įrenginių dabar renkasi aukšto klampumo indekso (HVI) skysčius. Šios specialios formulės padeda išlaikyti stabilų veikimą arti BEP net esant kintančioms temperatūroms. Jos taip pat sumažina problemas, pvz., kavitacijos pažeidimus ir pernelyg greitą dalių susidėvėjimą, todėl ilgainiui sutaupoma techninės priežiūros sąnaudų.

Eksplotavimo sąlygos: Kavitacija, NPSH ir darbas nekonstrukcinėmis sąlygomis

Kavitacijos mechanizmai ir kritinės NPSH atsargos reikalavimai patikimam hidraulinio siurblio veikimui

Kai slėgis skysčiui nukrenta žemiau reikiamos jo išlaikymui skystoje būsenoje, įvyksta kavitacija. Tai sukuria mažas garų burbuliukus, kurie tada smarkiai sproginėja, perkeliami į zonas su didesniu slėgiu. Toks reiškinys sukelia mažytes jėgos sroves ir stiprius smūgius, dėl kurių susidėvi svarbūs komponentai, tokie kaip mentelių ratas, siurblio korpusas ir valdymo vožtuvai. Tyrimai parodė, kad šis pažeidimas gali sumažinti sistemos efektyvumą apie 12 procentų ir rimtai paveikti įrangos patikimumą laikui bėgant, kaip rodo naujausi tyrimai. Tam, kad tai užkirsti kelią, yra būtina tinkamai valdyti tai, kas vadinama „Net Positive Suction Head“ arba NPSH, siekiant užtikrinti tinkamą veikimą.

• Reikalingas NPSH (NPSHR) yra minimalus siurbliui reikalingas siurbimo slėgio aukštis, kad būtų išvengta garavimo
• Turimas NPSH (NPSHA) yra faktiškas siurbimo slėgio aukštis, kurį tiekia sistema
• Kavitacija tampa tikėtina ir žalinga, kai NPSHA nukrenta žemiau NPSHR

Eksploatacija nekonstrukciniais režimais – ypač mažo debitų, aukštos skysčio temperatūros ar padidėjusio sistemos pasipriešinimo sąlygomis – dar labiau pablogina slėgio kritimą ir burbuliukų susidarymą. Palaikyti 25 % atsargos ribą virš gamintojo nurodytos NPSHR vertės yra plačiai laikoma geriausia pramonės patirtimi. Pagrindinės strategijos apima:

Reguliarios sriegio filtrų apžiūros, tinkamas rezervuaro panardinimo gylis ir įleidimo slėgio pokyčių stebėjimas yra būtini šios atsargos palaikymui.

Profilaktinė priežiūra ir komponentų vientisumas užtikrinant ilgalaikį hidraulinio siurblio našumą

Priežiūros būklės stebėjimas iki atsirandant problemų pasirodo esąs vienas geriausių būdų užtikrinti hidraulinių siurblių efektyvų veikimą ilgesnį laikotarpį. Kai technikai ankstyvoje stadijoje pastebi tarpinių, guolių arba stūmoklių paviršių dėvėjimosi požymius, jie neleidžia vystytis didesnėms problemoms ateityje. Niekas nenori netikėtų gedimų, kurie kainuoja laiko ir pinigų. Taip pat labai svarbu švarus skysčias. Šiukšlės ir šiukšlės sistemoje susidėvi komponentus greičiau nei įprastai ir silpnina apsaugines plėveles tarp judančių dalių. Pagal paskutiniais metais „Fluid Power Journal“ paskelbtus tyrimus, reguliarūs filtrų keitimai kartu su periodiniais skysčių tyrimais išties gali padidinti komponentų tarnavimo laiką apie ketvirtadaliu. Dabar daugelis įrenginių stebi dalykus, tokius kaip slėgio skirtumai laikui bėgant, vibracijos modeliai bei skysčių temperatūros svyravimai. Šios pastabos padeda aptikti mažas problemas dar iki jų virtimo dideliais sunkumais ar visiškais sistemos gedimais. Gamyklos, kurios priima tokį budrios priežiūros strategiją, paprastai patiria apie trisdešimt procentų mažiau netikėtų sustojimų, tuo pačiu išlaikydamos savo įrangos aukštą našumą net sunkiomis eksploatacijos sąlygomis.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kokie yra pagrindiniai hidraulinių siurblių energijos nuostoliai?

Hidrauliniai siurbliai patiria tūrinės, mechaninės ir hidraulines nuostolius. Tūrinės nuostolios atsiranda dėl vidaus nutekėjimo ir skysčio gniuždymo, mechaninės – dėl trinties ir dėvėjimosi, o hidraulinės – dėl turbulencijos ir voztuvų pasipriešinimo.

Kaip klampumas veikia hidraulinio siurblio našumą?

Klampumas svarbi vaidmenį atlieka sandarumo ir tepimo efektyvumo požiūriu. Teisingas klampumas prevenduoja nutekėjimus, sumažina dėvėjimąsi ir palaiko sistemos efektyvumą. Klampumo pokyčiai dėl temperatūros kitimo gali ženkliai paveikti siurblio efektyvumą.

Kas yra kavitacija ir kodėl ji kenksminga hidraulinėms sistemoms?

Kavitacija atsiranda, kai slėgio sumažėjimas leidžia susidaryti garo burbuliukams, kurie suskleidžia, pažeisdami komponentus, tokius kaip mentės ir voztuvai. Ji sumažina sistemos efektyvumą ir patikimumą, todėl būtina tinkamai valdyti NPSH.

Kodėl būtina atlikti preventyvinę priežiūrą hidrauliniams siurbliams?

Profilaktinė priežiūra padeda laiku nustatyti dilimą ir pažeidimus, neleisdama kilti didesnėms problemoms ir netikėtiems gedimams. Reguliari priežiūra užtikrina švarų skystį ir sumažina komponentų dilimą, padidindama įrangos naudojimo trukmę ir patikimumą.