Por qué las bombas verticales grandes son vulnerables a las excitaciones y vibraciones dinámicas
Las bombas verticales se han utilizado en una amplia gama de aplicaciones y tamaños. Se han empleado para diferentes líquidos en muchos servicios diferentes. Las bombas verticales grandes se pueden usar en servicios críticos, como bombas de enfriamiento grandes, sistemas grandes de bombeo de agua de mar, sistemas grandes de agua subterránea/irrigación y más. Aquí hay aspectos prácticos y problemas comúnmente reportados de bombas verticales grandes a considerar, como problemas de vibración y excitaciones dinámicas, entre otros.
Dinámica y vibración
Las bombas verticales grandes suelen tener una carcasa y una estructura flexibles con diferentes frecuencias de excitación ubicadas relativamente cerca de las frecuencias naturales. Como tales, son susceptibles a vibraciones resonantes y vibraciones altas durante el funcionamiento. Se necesitan estudios y verificaciones de vibraciones en profundidad para tales bombas.
En muchas bombas verticales, el rendimiento dinámico y el nivel de vibración serían bastante sensibles a los cambios en la bomba o en sus características/funcionamiento. Estos cambios incluirían la alineación, la situación de equilibrio, los detalles de la instalación, los trabajos de mantenimiento, el nivel de líquido, la carga, etc. operaciones, diferentes niveles de líquido, etc.). Otro punto crítico es la capacidad para el reequilibrio en el sitio del conjunto del rotor de tales bombas. Esto suele ser necesario in situ durante la puesta en marcha, el funcionamiento o el mantenimiento.
equipos de prueba en la tienda. Ésta es una tarea difícil. Teóricamente, se podrían usar algunos modelos matemáticos complejos para evaluar el efecto de la condición de los cimientos en las características dinámicas de las bombas verticales. Sin embargo, esto es a menudo un desafío.
Además de la condición de cimentación, se sabe que el flujo a través de la tubería influye en la dinámica de vibración. Por lo tanto, esta puede ser otra fuente de diferencia de rendimiento entre la tienda y el sitio. En algunos casos se han experimentado vibraciones inducidas por el flujo.
Vibración de la parte superior
Casi todos los problemas de vibración de las bombas verticales (excepto las bombas sumergibles) se han informado como la vibración del motor eléctrico o la parte superior de la bomba, independientemente del tipo de vibración. Esto ocurre porque el cabezal (parte superior) y el controlador del motor eléctrico son las únicas partes observadas por un operador, y dado que la parte superior del motor eléctrico suele estar en el extremo, presenta la mayor amplitud de vibración. Las vibraciones debajo de la base de la bomba suelen llamar menos la atención. A menudo, en muchas bombas verticales, las vibraciones por debajo y por encima de la base están de alguna manera aisladas entre sí por sus configuraciones de base rígida o arreglos similares. Por lo general, el máximo de la vibración está en la parte superior del controlador del motor eléctrico, con amplitudes decrecientes en la base del motor eléctrico. A veces, una tubería de descarga vibra más que la bomba.
Registre la vibración al apagar y encender
Una buena observación para obtener datos útiles en caso de un conjunto de mediciones de alta vibración es reducir la velocidad del motor eléctrico o registrar datos durante el apagado y observar cómo cambia la vibración. Si la vibración se reduce gradualmente, es una señal de que la causa es el desequilibrio, la desalineación, el eje torcido o algo similar. Si la vibración disminuye inmediatamente con el corte de energía eléctrica, la causa suele ser un desequilibrio eléctrico en el motor eléctrico. Si la vibración desaparece con solo un pequeño cambio de velocidad, entonces la causa probablemente sea un problema de resonancia. Cuando una bomba se estremece en ralentización, la causa es el paso por una frecuencia de resonancia. Se pueden extraer datos similares de la vibración al inicio. Sin embargo, el caso de apagado suele ser más útil. Se recomienda analizar los datos tanto del apagado como del arranque.
Con la bomba apagada, el eje debe girarse a mano para ver el comportamiento. Si es difícil de girar, la causa podría ser una desalineación, un mal ajuste o un eje doblado. Sin embargo, un eje que gira fácilmente no elimina estas causas, ya que los ejes pequeños y flexibles se pueden doblar fácilmente sin imponer carga sobre los cojinetes.
Modelo/análisis inexacto y demasiado simplificado
Se creó un modelo preciso de elementos finitos (FE) con todos los detalles requeridos. Se modelaron el ensamble del tazón y todos los detalles de la tubería de la columna, incluido el líquido dentro y alrededor de la tubería, los ensambles de la araña del cojinete, el eje de línea más sus acoplamientos, etc.
El análisis modal FE mostró que había una resonancia para el primer modo de flexión del eje. En otras palabras, se predijo que la frecuencia natural del primer modo de flexión del eje de línea sería casi exactamente igual a la frecuencia de funcionamiento de la bomba. Esta frecuencia natural se había desviado muy por debajo del valor predicho por el fabricante. La razón fue el soporte flexible proporcionado al eje por la tubería de columna larga. El fabricante proporcionó un estudio dinámico, pero debido a que el modelo creado por el fabricante era más simple, inexacto y más rígido que la realidad, la frecuencia natural predicha era más alta y no mostraba ninguna resonancia. Este problema no podría predecirse sin la inclusión de la flexibilidad de las tuberías de la base y la columna en el modelo exacto.