Oorzaken van trillingen van de pomp

Wat veroorzaakt pomptrillingen? Overmatige trillingen in pompen kunnen leiden tot verminderde prestaties, hogere onderhoudskosten en zelfs volledige uitval.

In deze blogpost onderzoeken we de belangrijkste factoren die bijdragen aan pomptrillingen en bieden we u praktische inzichten om deze problemen effectief te identificeren en aan te pakken.

Mechanische oorzaken van pomptrillingen

1. Rotoronbalans

Statische en dynamische onbalans

Rotoronbalans, een veel voorkomende oorzaak van overmatige trillingen in centrifugaalpompen, kan worden geclassificeerd als statisch of dynamisch.

Statische onbalans treedt op wanneer het massamiddelpunt is verschoven ten opzichte van de rotatieas, waardoor de rotor een netto kracht ondervindt.

Dynamische onbalans ontstaat daarentegen wanneer de hoofdtraagheidsas niet is uitgelijnd met de rotatieas, wat resulteert in een netto koppel.

Oorzaken en gevolgen voor trillingen

Factoren zoals niet-uniformiteit van het materiaal, productietoleranties en ongelijkmatige slijtage dragen bij aan de onbalans van de rotor.

Een ongebalanceerde rotor genereert ongewenste trillingen, wat leidt tot verhoogde lagerbelastingen, een kortere levensduur van de afdichtingen en mogelijke structurele schade.

De trillingsfrequentie komt doorgaans overeen met de bedrijfssnelheid van de pomp, waarbij de amplitude evenredig is aan de mate van onbalans.

Hoe te repareren

Om de effecten van rotoronbalans te verzachten, worden verschillende balanceringstechnieken gebruikt. Balanceren in één vlak is geschikt voor korte, stijve rotoren, terwijl balanceren in twee vlakken nodig is voor langere, flexibele rotoren.

2. Gebogen as

Hoe een gebogen as trillingen veroorzaakt

Een gebogen as introduceert een geometrische asymmetrie die ervoor zorgt dat de rotor tijdens rotatie wiebelt. Deze schommeling genereert een trilling op de rotatiefrequentie van de as, vaak vergezeld van harmonischen.

De ernst van de trillingen hangt af van de mate van asdoorbuiging en de bedrijfssnelheid van de rotor.

Methoden voor het detecteren en kwantificeren van asslingering

De slingering van de as, een maatstaf voor de afwijking van de as ten opzichte van een rechte lijn, kan worden gedetecteerd met behulp van meetklokken of laseruitlijningstools. Deze instrumenten meten de radiale verplaatsing van de as op verschillende locaties, waardoor de ernst van de bocht kan worden gekwantificeerd.

Overwegingen bij het rechttrekken en vervangen van de as

Als er een verbogen as wordt geïdentificeerd, moeten corrigerende maatregelen worden genomen. Voor kleine buigingen kunnen technieken voor het rechttrekken van de as, zoals koud- of warmterechttrekken, worden gebruikt.

Als de bocht echter ernstig is of als de as meerdere pogingen heeft ondergaan om het recht te maken, is vervanging vaak noodzakelijk om een betrouwbare werking van de pomp te garanderen en verdere schade aan de bijbehorende componenten te voorkomen.

3. Onbalans van de waaier

Oorzaken van onbalans van de waaier

Onbalans van de waaier kan het gevolg zijn van verschillende factoren, waaronder erosie, corrosie en vervuiling.

Erosie treedt op wanneer schurende deeltjes in de verpompte vloeistof het rotormateriaal ongelijkmatig wegslijten.

Corrosie, veroorzaakt door chemische reacties tussen de waaier en de verpompte vloeistof, kan leiden tot niet-uniform materiaalverlies.

Vervuiling, de ophoping van vuil op de waaieroppervlakken, draagt ook bij aan onbalans.

Effecten op trillingen en pompprestaties

Een ongebalanceerde waaier genereert trillingen bij de pompsnelheid en veelvouden daarvan. Deze trillingen kunnen leiden tot overmatige lagerslijtage, afdichtingsfalen en koppelingsschade.

Bovendien kan een onbalans van de waaier leiden tot een verminderde pompefficiëntie, een hoger energieverbruik en een lager debiet, omdat de hydraulische prestaties van de waaier in gevaar komen.

Waaierbalancerings- en trimtechnieken

Om de onbalans van de waaier aan te pakken, kan in-situ balancering of trimming van de waaier worden uitgevoerd.

In-situ balanceren omvat het toevoegen of verwijderen van materiaal uit de waaier terwijl deze in de pomp is geïnstalleerd, met behulp van gespecialiseerde gereedschappen en technieken.

Het trimmen van de waaier vereist daarentegen het verwijderen van de waaier en het bewerken van de oppervlakken om de balans te herstellen.

4. Lagerproblemen

Soorten lagerstoringen en hun trillingskenmerken

Veelvoorkomende faalmodi zijn onder meer defecten aan het binnenste racecircuit, defecten aan het buitenste racecircuit, defecten aan de bal of rol en defecten aan de kooi.

Deze defecten genereren trillingen met specifieke foutfrequenties, die verband houden met de geometrie en rotatiesnelheid van het lager.

Het analyseren van het trillingsspectrum kan helpen bij het identificeren van het type en de ernst van de lagerfout.

Oorzaken van lagerstoringen

Lagerdefecten kunnen het gevolg zijn van meerdere oorzaken, zoals onjuiste smering, overbelasting en verkeerde uitlijning.

Onvoldoende smering leidt tot verhoogde wrijving en warmteontwikkeling, waardoor slijtage wordt versneld.

Overbelasting, veroorzaakt door overmatige radiale of axiale krachten, kan leiden tot voortijdige vermoeidheidsbreuken.

Een verkeerde uitlijning, ongeacht of deze hoekig of parallel is, veroorzaakt extra spanningen op de lagers, waardoor hun levensduur wordt verkort.

Strategieën voor lageronderhoud en conditiebewaking

Regelmatige smering, met gebruik van de juiste smeermiddelen en hoeveelheden, helpt wrijving te verminderen en warmte af te voeren.

Conditiebewakingstechnieken, zoals trillingsanalyse, temperatuurbewaking en olieanalyse, geven inzicht in de gezondheid van het lager.

5. Verkeerde uitlijning van de as

Soorten verkeerde uitlijning

Een verkeerde uitlijning van de as kan in drie typen worden ingedeeld: hoekig, parallel en gecombineerd.

Een hoekafwijking treedt op wanneer de assen onder een hoek ten opzichte van elkaar staan, terwijl een parallelle verkeerde uitlijning ontstaat wanneer de assen verschoven zijn maar evenwijdig blijven. Gecombineerde verkeerde uitlijning is een combinatie van zowel hoek- als parallelle verkeerde uitlijning, en is het meest voorkomende type dat in het veld wordt aangetroffen.

Effecten op trillingen en slijtage van koppelingen

Verkeerd uitgelijnde assen genereren trillingen bij de koppeling, waarbij frequenties doorgaans een veelvoud zijn van de rotatiesnelheid van de as.

Deze trillingen kunnen een versnelde slijtage van de koppelingscomponenten veroorzaken, wat tot voortijdige uitval kan leiden.

Bovendien kan een verkeerde uitlijning overmatige radiale en axiale belastingen op de lagers veroorzaken, waardoor hun levensduur wordt verkort en het risico op catastrofaal falen toeneemt.

Uitlijningstechnieken en toleranties

Om een verkeerde uitlijning van de as te corrigeren, worden verschillende uitlijningstechnieken gebruikt, waaronder laseruitlijning, omgekeerde meetklokmethode en voelermaatmethode.

Laseruitlijning is de meest nauwkeurige en efficiënte techniek, waarbij laserstralen worden gebruikt om de relatieve posities van de assen te meten en aan te passen.

Hydraulische oorzaken van pomptrillingen

1. Cavitatie

Verklaring van cavitatie en de oorzaken ervan

Cavitatie is een fenomeen dat optreedt wanneer de lokale druk in een vloeistof onder de dampdruk daalt, waardoor dampbellen ontstaan. Bij centrifugaalpompen treedt cavitatie doorgaans op bij de waaierinlaat, waar de vloeistof een snelle drukval ervaart.

Factoren zoals onvoldoende netto positieve zuighoogte (NPSH), hoge vloeistoftemperatuur en beperkte zuigleidingen dragen bij aan het ontstaan van cavitatie.

Effecten op trillingen, lawaai en pompschade

Cavitatie kan ernstige gevolgen hebben voor de pompprestaties en levensduur. Terwijl de dampbellen instorten, genereren ze schokgolven met hoge intensiteit, wat leidt tot verhoogde trillings- en geluidsniveaus. Dit proces, bekend als cavitatie-erosie, kan aanzienlijke schade aan de waaier, het slakkenhuis en andere pomponderdelen veroorzaken.

Cavitatie vermindert ook de pompefficiëntie en kan leiden tot volledige pompstoring als er niets aan wordt gedaan.

NPSH-vereisten en strategieën voor cavitatiepreventie

Om cavitatie te voorkomen is het van cruciaal belang ervoor te zorgen dat de beschikbare NPSH (NPSHA) altijd hoger is dan de vereiste NPSH (NPSHR) gespecificeerd door de pompfabrikant.

Dit kan worden bereikt door een goed systeemontwerp, inclusief voldoende afmetingen van de zuigleidingen, het minimaliseren van verliezen in de zuigleidingen en het handhaven van voldoende zuigdruk.

Het bedienen van de pomp nabij het Best Efficiency Point (BEP) en het selecteren van een pomp met een geschikt zuigspecifiek toerental (Nss) helpen ook het risico op cavitatie te verminderen.

2. Stroompulsatie

Oorzaken van stroompulsatie

Stromingspulsatie in centrifugaalpompen kan het gevolg zijn van verschillende factoren, zoals werking in de buurt van de afsluitkop of systeemresonantie.

Wanneer een pomp in de buurt van de afsluitkop werkt, wordt de stroom onstabiel, wat leidt tot drukschommelingen en pulsaties.

Systeemresonantie treedt op wanneer de pulsatiefrequentie overeenkomt met de eigenfrequentie van het leidingsysteem, waardoor de trillingen worden versterkt en mogelijk ernstige schade wordt veroorzaakt.

Effecten op trillingen en systeemstabiliteit

Stromingspulsatie kan een aanzienlijke invloed hebben op de trillingsniveaus en de algehele stabiliteit van het pompsysteem.

De oscillerende stroming veroorzaakt wisselende krachten op de pomp- en leidingcomponenten, wat leidt tot verhoogde trillingen en spanningen.

In extreme gevallen kan stroompulsatie leidingbreuk, schade aan apparatuur en ongeplande stilstand veroorzaken.

Het kan ook de procescontrole en de productkwaliteit verstoren, vooral bij gevoelige toepassingen.

Pulsatiedemping en systeemontwerpoverwegingen

Om de effecten van stroompulsatie te verminderen, kunnen verschillende pulsatiedempende technieken worden gebruikt.

Hiertoe behoort onder meer het installeren van pulsatiedempers, zoals blaas- of membraanaccumulatoren, in de persleiding om drukschommelingen op te vangen. Een goed leidingontwerp, met aandacht voor leidingsteunen, ankers en flexibiliteit, kan het risico op systeemresonantie helpen verminderen.

Bovendien kan het gebruik van de pomp uit de buurt van de afsluitkop en het zorgen voor voldoende NPSH de instabiliteit van de stroom tot een minimum beperken.

3. Bediening buiten BEP

Beste efficiëntiepunt (BEP) en pompprestatiecurven

Het Best Efficiency Point (BEP) is het debiet waarbij een centrifugaalpomp met maximale efficiëntie werkt. Pompprestatiecurven, die de opvoerhoogte, het vermogen en de efficiëntie uitzetten tegen de stroomsnelheid, bieden waardevolle informatie over de bedrijfskarakteristieken van de pomp.

Het bedienen van een pomp op of nabij de BEP zorgt voor optimale prestaties, minimaliseert het energieverbruik en vermindert het risico op mechanische problemen.

Gevolgen van opereren buiten BEP

Het bedienen van een pomp op grote afstand van de BEP kan schadelijke gevolgen hebben voor de trillingsniveaus en de levensduur van de pomp.

Bij stroomsnelheden lager dan BEP ondervindt de pomp hogere radiale belastingen, wat leidt tot hogere asdoorbuiging en lagerslijtage.

Bij stroomsnelheden hoger dan BEP kan de pomp te maken krijgen met cavitatie, overmatig geluid en trillingen.

Langdurig gebruik buiten BEP kan leiden tot voortijdig defect raken van de lagers, beschadiging van de afdichtingen en slijtage van de waaier.

Belang van een juiste pompselectie en systeemontwerp

De pomp moet worden geselecteerd om onder normale bedrijfsomstandigheden in de buurt van de BEP te werken, waarbij rekening moet worden gehouden met factoren zoals debiet, opvoerhoogte en vloeistofeigenschappen.

Het systeem moet zo worden ontworpen dat drukverliezen worden geminimaliseerd en stabiele stromingsomstandigheden worden gegarandeerd.

Regelmatige monitoring van de pompprestaties en trillingsniveaus kan helpen bij het detecteren van werking buiten de BEP en tot corrigerende maatregelen.

Ten slotte

Pomptrillingen kunnen worden veroorzaakt door verschillende factoren, waaronder cavitatie, verkeerde uitlijning, onbalans en mechanische problemen. Het identificeren en aanpakken van de hoofdoorzaak is van cruciaal belang voor het behoud van de pompprestaties en een lange levensduur.

Neem vandaag nog contact op met ons ervaren team voor deskundige hulp bij het diagnosticeren en oplossen van pomptrillingsproblemen.