اثرات ژورنال بیرینگ‌ها روی فرکانس‌های طبیعی روتور پمپ سانتریفیوژ هشت طبقه BB5

پمپ‌های سانتریفیوژ از دو قسمت ثابت و روتاری (دورانی) تشکیل شده است که قسمت ثابت شامل محفظه، دیفیوزر و رینگ‌های سایشی محفظه بوده و قسمت روتاری شامل شفت، پروانه، رینگ‌های سایشی پروانه، رینگ‌های سایشی شفت، یاتاقان‌ها و … می‌باشد. پمپ‌های BB5 از جمله پمپ‌های با تکنولوژی طراحی و ساخت به روز و چند مرحله‌ای با فشار و ظرفیت آبدهی بالا می‌باشد که در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفته است. تحلیل ارتعاشی و آنالیز مودال روتور پمپ از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است زیرا اگر سرعت کاری پمپ با فرکانس‌های طبیعی (سرعت‌های بحرانی) برابر یا نزدیک به هم باشد پمپ دچار رزونانس شده و باعث افزایش ارتعاشات، کاهش طول عمر و از کار افتادگی پمپ مورد نظر می‌گردد.

در اواخر قرن نوزدهم، یک عقیده شایع وجود داشت که بر اساس آن چنین تصور می‌شد که ماشین‌ها نمی‌توانند بالاتر از سرعت بحرانی اول کارکنند و تمرکز طراحی‌ها بر روی ماشین‌هایی بود که زیر سرعت بحرانی کار می‌کنند. بعد از این که اثبات شد که ماشین‌ها توانایی کارکرد در سرعت‌های بالای سرعت بحرانی را دارند هم‌چنان استفاده از این ماشین‌های جدید به دلیل پیچیدگی‌های محاسباتی و آنالیز امکان‌پذیر نبود. در اواسط قرن بیستم، در ابزارهای تحلیلی پیشرفت شگرفی اتفاق افتاد که این پیشرفت‌ها همزمان با پیشرفت‌های محاسباتی صورت پذیرفت.

در این پژوهش، تحلیل ارتعاشی و آنالیز مودال شفت پمپ سانتریفیوژ هشت طبقه BB5 توسط روش المان محدود مورد مطالعه قرار گرفت. هدف از این پژوهش، محاسبه و مقایسه‌ی فرکانس‌های طبیعی در حضور و عدم حضور ژورنال بیرینگ‌‎ها می‌باشد. برای مدل‌سازی از نرم‌افزار CATIA و برای آنالیز روتور پمپ مورد نظر از نرم‌افزار المان محدود ABAQUS-2021 استفاده گردیده و صحه‌گذاری نتایج شبیه‌سازی این پژوهش با استناد به مقالات معتبر بین‌المللی و کارهای پیشینِ انجام شده در واحد تحقیق و توسعه‌ی امور فنی-مهندسی پتکو صورت پذیرفته است. نتایج فرکانس طبیعی حاصل از این شبیه‌سازی به دست آمده برای روتور که شامل شفت و پروانه‌ها می‌باشد در مود ۱ برابر ۳۳.۱۶۴ هرتز (۱۹۸۹.۸۴ دور بر دقیقه) و در مود ۲ برابر ۱۲۳.۹۳ هرتز (۷۴۳۵.۸ دور بر دقیقه)   بوده که بعد از اضافه نمودن ژورنال بیرینگ‌ها در مود ۱ به ۶۱.۰۸۲ هرتز (۳۶۶۴.۹۲ دور بر دقیقه) و در مود ۲ به ۲۱۰.۰۵ هرتز (۱۲۶۰۳ دور بر دقیقه)  رسیده است که یک افزایش قابل توجه منطقی را نشان می‌دهد. با توجه به این که سرعت کاری پمپ ۳۰۰۰ دور بر دقیقه (۵۰ هرتز) می‌باشد و فرکانس طبیعی مود اول ارتعاشی، خارج از محدوده ۲۰ درصد سرعت کاری پمپ می‌باشد بنابراین طراحی پمپ کاملا صحیح بوده و نتایج به دست آمده مورد قبول می‌باشد.

نتایج نهایی برای هر دو حالت مذکور در جداول زیر آمده است.

جدول ۱: نتایج آنالیز فرکانس طبیعی روتور (شفت و پروانه‌ها)

جدول ۲: نتایج آنالیز فرکانس طبیعی روتور (شفت، پروانه‌ها و یاتاقان‌ها)

منبع:

اثرات ژورنال بیرینگ‌ها روی فرکانس‌های طبیعی روتور پمپ سانتریفیوژ هشت طبقه BB5، پنجمین کنفرانس ISC فناوری‌های نوین در مهندسی برق، کامپیوتر و مکانیک ایران، ناصر علیزاده و اتابک دیندار ، شهریور ۱۴۰۱

نویسندگان:

ناصر علیزاده و اتابک دیندار

واحد تحقیق و توسعه‌ی امور فنی و مهندسی شرکت دانش بنیان پمپ و توربین (پتکو)