EN
Proč hydraulické čerpadlo silně vibruje?
Silné vibrace hydraulických čerpadel v hydraulických systémech jsou běžným, avšak náročným problémem při údržbě zařízení. Tyto intenzivní vibrace nejen vyvolávají obtěžující hluk, ale také urychlují opotřebení komponent, způsobují uvolnění nebo dokonce praskání potrubních spojů a v extrémních případech mohou vést k poruchám hydraulických komponent, čímž negativně ovlivňují bezpečnost a efektivitu výroby. Vibrace čerpadel se na staveništích vyskytují často a jejich dopady by neměly být podceňovány. Proto je pro inženýry hydraulických systémů a pracovníky provádějící údržbu zařízení velmi důležité pochopit příčiny silných vibrací čerpadel a rychle odstraňovat případné závady. Níže analyzujeme příčiny silných vibrací čerpadel z hlediska technických principů, doplněné o praktické aplikace ozubených čerpadel, lamelových čerpadel a pístových čerpadel.
- Pronikání vzduchu a jev kavitace
Když se do hydraulického systému dostane vzduch, nestlačitelnost hydraulického oleje klesá, což často způsobuje kavitaci a vede k nepravidelným intenzivním vibracím během provozu hydraulického čerpadla. Kavitace označuje rychlé kolaps bublin vytvořených v oleji, když vstoupí do oblasti vysokého tlaku, přičemž vznikají lokální rázy. Kavitace nejen způsobuje, že čerpadlo vydává ostrý hluk, ale také erozuje kovové povrchy a vytváří houbovitá prohloubení, která dále zhoršují vibrace a poškození zařízení. Cesty, kterými se vzduch dostává do systému, zahrnují: netěsnost sacího potrubí, nízkou hladinu oleje v nádrži, koncovou část vratného potrubí, která není ponořena pod hladinu oleje, a špatné utěsnění tělesa čerpadla. Když je rovinnost tělesa ozubeného čerpadla a krytu nedostatečná nebo když těsnění stárne, během provozu se nasává vzduch. Lopatková čerpadla, protože mají horší samočinné sání ve srovnání s ozubenými čerpadly (zejména maloodvodnová lopatková čerpadla), vyžadují zvláštní pozornost na hladký přísun oleje a neporušené těsnění. Pístová čerpadla se bojí nasátí vzduchu na sací straně za náročných provozních podmínek; jakmile se vzduch dostane do systému a způsobí přerušení dodávky paliva, může to vést ke kritickému kavitačnímu rázu a vibracím. Proto je nezbytné udržovat dobré těsnění a správnou hladinu oleje v hydraulickém systému. Pokud je podezření na kavitaci, lze ji posoudit podle zvuku a tlakoměru: pokud ručička tlakoměru neobvykle prudce kmitá a doprovází ji zvuk \"pískání\", často to znamená kavitaci způsobenou špatným sáním oleje, a měl by být okamžitě zkontrolován sací vstup čerpadla a filtr na ucpaní nebo únik vzduchu.
- Obtíže s absorpcí oleje a nevhodné pracovní podmínky.
Nesprávné provozní podmínky hydraulických čerpadel mohou rovněž vést k silnému otřesu, a to zejména ve dvou běžných případech: když čerpadlo nemůže nasát dostatek oleje nebo když pracuje v přetížení. Pokud je otáčky hydraulického čerpadla příliš vysoké, proces nasávání oleje nemusí stačit tempu jeho výdeje, což má za následek nedostatečné nasávání oleje, vytvoření částečného vakua na sacím hrdle čerpadla a doprovodné tlakové fluktuace, které nakonec vyústí v silný otřes čerpadla. Jednoduše řečeno, pokud se čerpadlo otáčí příliš rychle, ale nemůže dodat dostatek oleje, pracuje naprázdno a způsobuje vibrace. To platí zejména pro ozubená čerpadla: při provozu za vysokých otáček, pokud není nasávání oleje včasné, dochází opakovaně k rychlému nárůstu tlaku a náhlému vytvoření vakua v mezi-zubové těsnicí komoře, což způsobuje silné vibrace a hluk. Z tohoto důvodu jsou obvykle do konstrukce ozubených čerpadel frézovány vyrovnávací drážky, aby se zmírnil náraz způsobený uzavřením oleje mezi zuby. Další situací je provoz hydraulického systému v přetížení, kdy čerpadlo pracuje delší dobu nad konstrukčním tlakem nebo průtokem, což způsobuje abnormální namáhání vnitřních komponent a vede ke celkovým vibracím stroje. Když se u pístového čerpadla rychle mění vysoký tlak a vysoký průtok, může dojít k tzv. „oddělení kapaliny“ (tzv. liquid column separation), pokud schopnost nasávání nestačí, což způsobuje silný rázový otřes. Kromě toho mohou ovlivnit schopnost nasávání oleje i změny teploty a viskozity hydraulického oleje: vysoká viskozita oleje za nízkých teplot zvyšuje odpor při nasávání a činí tak čerpadlu obtížné nasát včas dostatek oleje; je-li olej za vysokých teplot příliš řídký, může dojít k jeho vypařování (předčasnému varu). Všechny tyto faktory ztěžují čerpadlu nasávání oleje a mohou vyvolat vibrace. V inženýrské praxi by se mělo vyhnout provozu čerpadel po delší dobu nad jmenovitými otáčkami nebo zatížením. Je-li to nutné, lze snížit otáčky nebo zajistit rozvádění dodávky oleje, a zároveň zajistit vhodnou teplotu hydraulického oleje. U systémů s lamelovými a pístovými čerpadly se někdy instalují pomocná čerpadla nebo akumulátory, aby byla zajištěna potřeba oleje při čerpání za vysokých frekvencí a zabránilo se otřesům kvůli nedostatečnému přísunu oleje.
- Viskozita oleje a faktory znečištění.
Příliš vysoká nebo příliš nízká viskozita hydraulického oleje může způsobit abnormální vibrace při provozu hydraulického čerpadla. Pokud je viskozita příliš vysoká (například při startu za nízkých teplot nebo použití oleje s vysokou třídou viskozity), zvyšuje se odpor toku oleje a nasávání na vstupu čerpadla není hladké, což může vést k lokálnímu vakuu, způsobujícímu kavitaci a vibrace. Naopak nízká viskozita (například při vysoké teplotě oleje nebo použití příliš ředkého oleje) může způsobit tenčí mazací olejovou vrstvu, zvýšit vnitřní tření v čerpadle a vést ke špatnému mazání komponent, což způsobuje opotřebení a abnormální vibrace. Proto by měl být vybrán hydraulický olej s vhodnou úrovní viskozity podle pracovního prostředí zařízení a je nutné zajistit, aby teplota systému zůstala v rámci normálního rozsahu. Kromě toho je také důležitá čistota oleje pro hladký chod čerpadla. Nečistoty mohou zhoršit opotřebení čerpadla a dokonce způsobit zaseknutí pohyblivých částí, což vede k vibracím a hluku. U čerpadel s výsuvnými destičkami je mezera přesného uložení malá, což je činí obzvláště citlivými na znečištění oleje; jakmile nečistoty znemožní plynulý pohyb lopatek, dojde k nestabilnímu tlaku na výstupu čerpadla a k vibracím. Pokud se do ozubeného čerpadla dostanou částice, jako je například železný poprašek, mohou způsobit poškrábání povrchu zubů, excentrické opotřebení ozubení a v průběhu provozu generovat hluk a vibrace podobné drhnutí zubů. Pístové čerpadlo má nejvyšší požadavky na čistotu oleje a i malé částečky mohou urychlit opotřebení pístu a válce, což vede k pulsaci tlaku a poruchám způsobeným vibracemi. Udržování hydraulického oleje v čistém stavu může tyto rizika výrazně snížit. Pravidelná výměna filtračních elementů a sledování kvality oleje za účelem prevence zhoršování viskozity a nadměrného znečištění patří mezi každodenní priority údržbářů zařízení.
- Mechanická instalace a konstrukční problémy:
Montáž a vnitřní konstrukční faktory hydraulických čerpadel mohou rovněž způsobit silné otřesy. Za prvé, nesprávná montáž. Pokud hřídel hydraulického čerpadla není správně seřízena s osou motoru nebo je spojka špatně nainstalována, vzniká během provozu čerpadla dodatečné mechanické namáhání a excentrická síla, což způsobuje intenzivní vibrace rámu. Mnoho případů z praxe ukázalo, že i nepatrné nesouosé uspořádání může způsobit odskakování čerpadla při vysokých otáčkách, což vede k předčasnému poškození těsnění a opotřebení ložisek. Při správné instalaci použijte spojku pro zarovnání osy a pevně utáhněte podpěru čerpadla. V případě potřeby přidejte tlumicí podložky proti vibracím. Za druhé, výroba nebo opotřebení vnitřních komponent čerpadla může být kořenovou příčinou vibrací. Například ozubená čerpadla s nízkou přesností ozubení, malým mezi-zubovým vůlí nebo opotřebenými ložisky mohou narušit rovnováhu chodu a vyvolat významné vibrace a hluk. Ozubená čerpadla samotná mají vrozenou nevýhodu radiální nerovnovážné síly, která může generovat střídavé zatížení ložisek a skříně a jsou náchylnější k otřesům, pokud jsou nesprávně navržena nebo sestavena. Pokud dojde u lopatkového čerpadla k místnímu opotřebení vnitřního povrchu statoru nebo nedostatečné pružnosti lopatek, může to způsobit nerovnoměrné namáhání lopatek, což vede k vibracím při rotaci. U pístového čerpadla, které obsahuje více rychle se pohybujících vratných součástí, může docházet k nárazům a pulzaci toku, pokud jsou jednotlivé písty nebo kluzné botky opotřebované nebo uvolněné, což se projevuje celkovými vibracemi. Kromě toho uvolněné šrouby upevňující čerpadlo a potrubí nebo nedostatečná tuhost základové podpory mohou zesilovat i nepatrné vibrace během normálního provozu, což působí na oko jako viditelné „silné otřesy“. Proto při údržbě zařízení je nutné kontrolovat stav spojek, upevňovacích prvků a vnitřních dílů čerpadla a jakékoli vadné komponenty okamžitě opravit nebo vyměnit.
Návrh inženýra
Pokud jde o problém silného otřesu hydraulických čerpadel, inženýři poskytují následující návrhy pro vaši informaci:
Včasná kontrola kavitace a úniku vzduchu: V případě abnormálního hluku nebo prudkých výkyvů ručičky manometru je třeba nejprve zkontrolovat, zda není ucpaný filtrační element sacího potrubí, zda je těsnění spoje sacího potrubí neporušené, zda není nízká hladina oleje v nádrži a zda je zpětné potrubí ponořeno pod hladinu oleje. Odstraněním rizik vnikání vzduchu lze účinně snížit vibrace hydraulického čerpadla. V případě potřeby zvyšte dostatečný tlak oleje na vstupu čerpadla (např. instalací doplňkové čerpadlo nebo zvýšením výšky umístění nádrže), aby se zabránilo kavitaci.
Rozumně řiďte provozními parametry: dodržujte jmenovité otáčky a tlakové údaje hydraulického čerpadla a vyhýbejte se dlouhodobému provozu při překročených otáčkách a přetížení. U čerpadel s omezenou samočinnou sací schopností, jako jsou ozubená čerpadla, je vhodné stroj nejprve rozběhnout volnoběhem při nízkých teplotách, čímž se sníží viskozita oleje, a teprve poté zatížit na plný výkon, aby se předešlo vibracím způsobeným obtížným nasáváním oleje. U vícečerpadlových systémů lze zvážit paralelní použití akumulátoru za účelem stabilizace tlakových pulsací a snížení dopadu rychlých pohybů na čerpadlo.
Vyberte vhodný olej a pravidelně provádějte údržbu: Vyberte hydraulický olej s příslušnou třídou viskozity podle okolní teploty, aby nedošlo k tomu, že bude olej příliš viskózní nebo příliš řídký, což může ovlivnit sací schopnost a mazání čerpadla. Pravidelně olej vyměňujte nebo filtrujte, abyste zajistili jeho čistotu. Zejména u zařízení s čerpadly s lamelovým a pístovým mechanismem by měl být plán filtrace a výměny oleje důsledně dodržován, aby se zabránilo vniknutí nečistot a vzniku vibrací.
Zkontrolujte instalaci a stav dílů: Ujistěte se, že hřídel hydraulického čerpadla a motoru jsou správně zarovnány, že montáž spojky splňuje požadavky a pravidelně dotahujte kotvící šrouby čerpadla a podpěry potrubí. Pokud jsou uvnitř čerpadla zjištěny příznaky abnormálního opotřebení nebo uvolněné díly, proved’te jejich opravu nebo výměnu včas. U ozubených čerpadel lze zkontrolovat opotřebení ozubených kol a ložisek; u lopatkových čerpadel zkontrolujte, zda dobře sedí lopatky a stator; u pístových čerpadel věnujte pozornost opotřebení pístů, kluzných botek a šikmé desky. Odstraňování závad zařízení by mělo být prováděno postupně, od vnějších částí k vnitřním, od jednoduchých ke složitějším, aby byly problémy včas odhaleny a zabráněno jejich vzniku.
Z výše uvedené analýzy je zřejmé, že „proč hydraulická čerpadla prudce vibrují“ není nerozluštitelnou záhadou. Mezerovitost, obtížné nasávání oleje, nevhodné provozní podmínky, problémy s olejem a faktory mechanické instalace jsou běžnými příčinami. Pro odborníky v oboru hydrauliky je nezbytné ovládat tato pravidla a uplatňovat preventivní opatření, aby efektivně snížili hluk a vibrace ozubených čerpadel, prodloužili životnost zařízení a zajistili stabilní a účinný chod hydraulických systémů. Pokaždé, když dojde k abnormálnímu otřesu hydraulického čerpadla, doporučujeme prostudovat výše uvedené body pro odstraňování závad zařízení. Věříme, že vám pomohou rychle identifikovat příčinu, správně diagnostikovat a vyřešit problém.