Tiếng ồn của máy bơm luôn là vấn đề đau đầu của khách hàng. Cho dù là do trục trặc hay tiếng ồn vốn có của máy bơm, tôi tin rằng nhiều khách hàng sẽ gặp phải những vấn đề này khi sử dụng máy bơm. Hôm nay, Lutsee sẽ giải thích cho bạn những nguyên nhân phổ biến gây ra tiếng ồn của máy bơm.
Tiếng ồn cơ học bắt nguồn từ các thành phần hoặc bề mặt rung tạo ra dao động áp suất có thể nghe được trong môi trường lân cận. Ví dụ, piston, rung động không cân bằng do quay và thành ống rung.
Trong các máy bơm dịch chuyển tích cực, tiếng ồn thường liên quan đến tốc độ bơm và số lượng piston trong máy bơm. Xung động chất lỏng là tiếng ồn cơ học chính gây ra và ngược lại, những xung động này cũng có thể kích thích các rung động cơ học trong các thành phần của hệ thống bơm và đường ống. Trọng lượng cân bằng trục khuỷu không chính xác cũng có thể gây ra rung động theo tốc độ quay, có thể làm lỏng bu lông móng và tạo ra tiếng gõ của móng hoặc ray dẫn hướng. Các tiếng ồn khác liên quan đến tiếng thanh truyền bị mòn, chốt piston bị mòn hoặc tiếng va chạm của piston.
Trong máy bơm ly tâm, các khớp nối lắp đặt không đúng cách thường tạo ra tiếng ồn (không thẳng hàng) ở tốc độ gấp đôi tốc độ của máy bơm. Nếu tốc độ của máy bơm đạt đến hoặc vượt qua tốc độ tới hạn của mức, độ rung cao do mất cân bằng hoặc tiếng ồn do ổ trục, phớt hoặc cánh quạt bị mòn có thể xảy ra. Nếu bị mòn, đặc điểm của nó có thể là phát ra tiếng rít cao. Quạt động cơ điện, chìa trục và bu lông khớp nối đều có thể tạo ra tiếng ồn khe hở.
Nguồn tiếng ồn chất lỏng
Khi dao động áp suất được tạo ra trực tiếp bởi chuyển động của chất lỏng, nguồn tiếng ồn tỷ lệ thuận với động lực học chất lỏng. Các nguồn năng lượng chất lỏng có thể bao gồm nhiễu loạn, tách dòng chất lỏng (trạng thái xoáy), xâm thực, búa nước, bốc hơi nhanh và tương tác giữa cánh quạt và góc tách bơm. Áp suất và xung động dòng chảy gây ra có thể có tần suất định kỳ hoặc băng thông rộng và thường có thể kích thích rung động cơ học trong đường ống hoặc chính máy bơm. Sau đó, rung động cơ học có thể khuếch tán tiếng ồn vào môi trường.
Nhìn chung, có bốn loại nguồn xung trong máy bơm chất lỏng:
(1) Các thành phần tần số rời rạc được tạo ra bởi cánh bơm hoặc piston
(2) Năng lượng nhiễu loạn băng thông rộng gây ra bởi vận tốc dòng chảy cao
(3) Sự dao động không liên tục của tiếng ồn băng thông rộng do hiện tượng xâm thực, bốc hơi nhanh và búa nước tạo nên tiếng ồn va chạm
(4) Khi dòng chất lỏng đi qua các chướng ngại vật và các nhánh bên của hệ thống đường ống, các dòng xoáy tuần hoàn có thể gây ra các xung động do dòng chảy gây ra, có thể dẫn đến các thay đổi quang phổ dòng chảy thứ cấp của các dao động áp suất trong bơm ly tâm.
Điều này đặc biệt đúng khi vận hành trong điều kiện dòng chảy không theo thiết kế. Các số hiển thị trên đường dòng chảy cho biết vị trí của các nguyên tắc quy trình dòng chảy sau:
Do sự tương tác của lớp ranh giới giữa các vùng tốc độ cao và tốc độ thấp trong trường dòng chảy, hầu hết các kiểu dòng chảy không ổn định này tạo ra các dòng xoáy, ví dụ, do dòng chất lỏng chảy quanh các chướng ngại vật hoặc qua các vùng nước đọng, hoặc do dòng chảy hai chiều. Khi các dòng xoáy này tác động vào thành bên, chúng chuyển thành các dao động áp suất và có thể gây ra dao động cục bộ trong đường ống hoặc các thành phần của máy bơm. Phản ứng âm thanh của hệ thống đường ống có thể ảnh hưởng mạnh đến tần số và biên độ khuếch tán dòng điện xoáy. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi cộng hưởng âm thanh trong hệ thống phù hợp với tần số tự nhiên hoặc tần số ưa thích của nguồn tiếng ồn, thì dòng điện xoáy sẽ mạnh.
Khi bơm ly tâm hoạt động ở lưu lượng thấp hơn hoặc cao hơn hiệu suất tối ưu, tiếng ồn thường được nghe thấy xung quanh vỏ bơm. Mức độ và tần suất của tiếng ồn này thay đổi tùy theo từng bơm, tùy thuộc vào mức áp suất đầu ra do bơm tạo ra tại thời điểm đó, tỷ lệ NPSH yêu cầu so với NPSH khả dụng và mức độ mà chất lỏng bơm lệch khỏi lưu lượng lý tưởng. Khi góc của cánh dẫn hướng đầu vào, cánh quạt và vỏ (hoặc bộ khuếch tán) không phù hợp với lưu lượng thực tế, tiếng ồn thường xảy ra. Nguồn chính của tiếng ồn này cũng được coi là tuần hoàn.
Trước khi chất lỏng chảy qua bơm ly tâm và được tăng áp, nó phải đi qua một khu vực có áp suất không lớn hơn áp suất hiện có trong ống đầu vào. Điều này một phần là do hiệu ứng tăng tốc của chất lỏng đi vào cửa vào của cánh quạt, cũng như sự tách biệt của luồng không khí khỏi các cánh đầu vào của cánh quạt. Nếu lưu lượng V vượt quá lưu lượng thiết kế và góc cánh quạt đi kèm không chính xác, các xoáy tốc độ cao và áp suất thấp sẽ hình thành. Nếu áp suất chất lỏng giảm xuống áp suất bay hơi, khí lỏng sẽ bốc hơi. Áp suất bên trong đường dẫn sẽ tăng sau đó. Sự nổ sau đó gây ra tiếng ồn thường được gọi là hiện tượng xâm thực. Thông thường, sự vỡ của các túi khí ở phía không chịu áp suất của các cánh quạt không chỉ gây ra tiếng ồn mà còn gây ra những mối nguy hiểm nghiêm trọng (ăn mòn cánh quạt).
Mức độ tiếng ồn được đo trên vỏ của một máy bơm 8000hp (5970kW) và gần đường ống đầu vào trong quá trình tạo bọt khí.
Sự tạo ra hiện tượng sủi bọt có thể kích thích các tác động băng thông rộng của nhiều tần số; Tuy nhiên, trong trường hợp này, tần số chung của các cánh quạt (số cánh quạt nhân với số vòng quay mỗi giây) và bội số của nó chiếm ưu thế. Loại tiếng ồn sủi bọt này thường tạo ra tiếng ồn tần số rất cao, được gọi tốt nhất là "tiếng ồn nổ".
Tiếng ồn do hiện tượng sủi bọt cũng có thể được nghe thấy khi lưu lượng thấp hơn điều kiện thiết kế hoặc thậm chí khi NPSH đầu vào khả dụng vượt quá NPSH mà máy bơm yêu cầu, đây là một vấn đề rất khó hiểu. Lời giải thích do Fraser đưa ra cho thấy tiếng ồn có tần số không đều rất thấp nhưng cường độ cao này bắt nguồn từ dòng chảy ngược ở đầu vào hoặc đầu ra của cánh bơm, hoặc ở hai vị trí và mọi máy bơm ly tâm đều trải qua quá trình tuần hoàn này ở điều kiện giảm lưu lượng nhất định. Hoạt động trong điều kiện tuần hoàn làm hỏng đầu vào và đầu ra của cánh bơm (cũng như mặt áp suất của các cánh dẫn hướng vỏ). Sự gia tăng độ ồn xung, tiếng ồn không đều và sự gia tăng xung áp suất đầu vào và đầu ra khi lưu lượng giảm đều có thể là bằng chứng của quá trình tuần hoàn.
Bộ điều chỉnh áp suất tự động hoặc van điều khiển lưu lượng có thể tạo ra tiếng ồn liên quan đến cả nhiễu loạn và tách luồng khí. Khi các van này hoạt động dưới sự sụt áp nghiêm trọng, chúng có lưu lượng cao tạo ra nhiễu loạn đáng kể. Mặc dù phổ tiếng ồn được tạo ra là băng thông rất rộng, nhưng các đặc điểm của nó tập trung xung quanh tần số có số Strouhal tương ứng xấp xỉ 0.2.
Sự tạo bọt và bốc hơi chớp nhoáng
Đối với nhiều hệ thống bơm chất lỏng, thường có một số hiện tượng bốc hơi và tạo bọt khí liên quan đến van điều khiển áp suất trong máy bơm hoặc hệ thống phân phối. Do mất lưu lượng đáng kể do điều tiết, lưu lượng cao hơn dẫn đến hiện tượng tạo bọt khí nghiêm trọng hơn.
Trong đường hút của bơm dịch chuyển tích cực, piston có thể tạo ra xung động biên độ cao và được tăng cường bởi hiệu suất âm thanh của hệ thống, khiến áp suất động đạt đến áp suất bay hơi của chất lỏng theo định kỳ, ngay cả khi áp suất tĩnh tại cổng hút có thể lớn hơn áp suất này. Khi áp suất tuần hoàn tăng, bong bóng vỡ ra, tạo ra tiếng ồn và tác động đến hệ thống, có thể dẫn đến ăn mòn và cũng tạo ra tiếng ồn khó chịu.
Khi áp suất của nước nóng được nén giảm thông qua việc điều tiết (như van điều khiển lưu lượng), bốc hơi nhanh đặc biệt phổ biến trong các hệ thống nước nóng (hệ thống bơm cấp nước). Việc giảm áp suất khiến chất lỏng đột nhiên bốc hơi, tức là bốc hơi nhanh, dẫn đến tiếng ồn tương tự như hiện tượng sủi bọt. Để tránh bốc hơi nhanh sau khi điều tiết, cần cung cấp đủ áp suất ngược. Mặt khác, điều tiết nên được áp dụng ở cuối đường ống để phân tán năng lượng bốc hơi nhanh vào một không gian lớn hơn.