Vibracija koja dolazi i odlazi
Operatori izvješćuju da PTFE izmjenjivač topline u poniklanom spremniku vidljivo vibrira-ali samo kada mješalica radi određenim brzinama. Pri 45 okretaja u minuti, cijevi su mirne. Pri 60 RPM, u vanjskim redovima cijevi razvija se-oscilacija niske frekvencije. Pri 80 okretaja u minuti, vibracija ponovno nestaje. Vibracije su isprekidane ne zato što su nasumične, već zato što ovise o brzini mješalice koja odgovara specifičnom uvjetu za osipanje vrtloga s lopatica impelera.
Vibracija je više od zanimljivosti. Vibracije-potaknute protokom izlažu PTFE cijevi cikličkom naprezanju savijanja na potpornim pločama. Tijekom tisuća ciklusa, stres akumulira štetu od umora. Cijevi koje vibriraju pri vidljivoj amplitudi mogu prerano otkazati na kontaktnim točkama potpore.
Dijagnosticiranje izvora vibracija i njegovo podudaranje frekvencije s prirodnom frekvencijom cijevi omogućuje ciljano rješenje-blage promjene brzine mješalice, modificiranje rotora ili dodavanje deflektora protoka-koji eliminira rezonanciju bez većih promjena opreme.
Mehanizam odvajanja vrtloga
Propeler mješalice stvara polje protoka s periodičkim fluktuacijama brzine. Kako svaka lopatica rotora prolazi kroz određenu točku, generira impuls tlaka. Frekvencija ovih impulsa je frekvencija-prolaska lopatica: BPF=(RPM / 60) × broj lopatica. Rotor s 4-lopatice pri 60 RPM proizvodi frekvenciju prolaska lopatica od 4 Hz.
Uz frekvenciju-prolaska lopatica, rotor odbacuje vrtloge s vrhova lopatica. Frekvencija odbacivanja vrtloga proporcionalna je brzini vrha lopatice podijeljenoj sa širinom lopatice. Za tipičnu mješalicu, frekvencija vrtloženja je 5-20 Hz, ovisno o promjeru impelera i brzini.
Ako frekvencija-prolaska lopatice ili frekvencija odvajanja vrtloga odgovara prirodnoj frekvenciji PTFE cijevi u susjednom izmjenjivaču topline, dolazi do rezonancije. Cijev oscilira na svojoj prirodnoj frekvenciji s amplitudom određenom unosom energije iz protoka. Oscilacija je najizraženija u cijevima najbližim impeleru i smanjuje se s udaljenošću.
| Parametar vibracija | Vrijednost za dijagnostički primjer |
|---|---|
| Vrsta miješalice | Turbina s 4-krakima i nagnutim lopaticama |
| Promjer impelera | 0.8 m |
| Raspon brzine miješalice | 40-120 okretaja u minuti |
| Raspon-prolazne frekvencije noža | 2,7-8,0 Hz |
| Frekvencijski raspon rasipanja vrtloga | 6-18 Hz |
| Prirodna frekvencija PTFE cijevi (10 mm OD, 1 mm zid, 400 mm raspon) | ~4,5 Hz |
| Stanje rezonancije | Frekvencija-prolaska noža pri ~68 okretaja u minuti odgovara 4,5 Hz |
| Opažena brzina vibracije | 60-75 okretaja u minuti |
Metoda dijagnostičkog mjerenja
Dijagnostički postupak mjeri stvarnu frekvenciju vibracija PTFE cijevi i uspoređuje je s izračunatim frekvencijama pobude mješalice. Akcelerometar spojen na reprezentativnu cijev (sa spremnikom ispražnjenim do razine mjerenja ili korištenjem vodootpornog akcelerometra) bilježi spektar vibracija tijekom rada mješalice pri različitim brzinama.
Spektar vibracija pokazuje vrhunac na prirodnoj frekvenciji cijevi ako se javlja rezonancija. Vršna amplituda najveća je pri brzini mješalice koja odgovara frekvenciji pobude prirodnoj frekvenciji. Dijagram vodopada-vibracijskih spektra naslaganih okomito za svaku brzinu miješalice-otkriva stanje rezonancije kao vrhunac koji raste i pada kako brzina prolazi kroz kritični raspon.
Ako mjerenje akcelerometrom nije izvedivo, jednostavniji pristup koristi stroboskop. Stroboskop se usmjerava prema vibrirajućim cijevima i podešava dok se prividno gibanje ne zamrzne. Frekvencija bljeskanja pri kojoj dolazi do smrzavanja jednaka je frekvenciji vibracija. To se uspoređuje s izračunatim frekvencijama prolaska-lopatice i vrtloga kako bi se identificirao izvor uzbude.
Strategije ublažavanja
Nakon što se identificiraju izvor pobude i rezonantno stanje, dostupno je nekoliko opcija za ublažavanje. Promjena brzine mješalice kako bi se izbjegao kritični raspon je najjednostavnije i često najpraktičnije rješenje-prebacivanje sa 68 RPM na 55 RPM ili 80 RPM, na primjer. Proces mora tolerirati promijenjeni intenzitet miješanja.
Dodavanje usmjerivača protoka ili pregrade između rotora i izmjenjivača topline prekida organizirano odvajanje vrtloga prije nego što dođe do cijevi. Jednostavna perforirana ploča ili šipkasta rešetka, postavljena 150-300 mm od impelera, razbija periodičnu strukturu protoka.
Promjena razmaka nosača cijevi mijenja prirodnu frekvenciju cijevi, odmičući je od frekvencije pobude. Smanjenje raspona sa 400 mm na 300 mm podiže prirodnu frekvenciju za približno 75%, znatno iznad raspona-prolazne frekvencije oštrice.
Sažetak
Povremene vibracije cijevi u PTFE izmjenjivaču topline u blizini mješalice uzrokovane su vrtlogom ili frekvencijom prolaska-lopatice koja odgovara prirodnoj frekvenciji cijevi. Dijagnostika koristi mjerenje akcelerometrom ili promatranje stroboskopom kako bi se potvrdilo stanje rezonancije i identificirala kritična brzina mješalice. Mogućnosti ublažavanja uključuju podešavanje brzine, ugradnju usmjerivača protoka ili smanjenje razmaka potpore. Rješavanje problema vibracija sprječava dugotrajno-oštećenje PTFE cijevi od zamora.
Inženjerska podrška za dijagnozu i ublažavanje vibracija u posebnim instalacijama PTFE izmjenjivača topline dostupna je nakon podnošenja specifikacija mješalice, geometrije rotora, dimenzija cijevi i razmaka potpore te opaženih raspona brzine vibracija.
