Por que as grandes bombas verticais são vulneráveis a excitações e vibrações dinâmicas
As bombas verticais têm sido usadas em uma ampla gama de aplicações e tamanhos. Eles foram empregados para diferentes líquidos em muitos serviços diferentes. Grandes bombas verticais podem ser usadas em serviços críticos, como grandes bombas de resfriamento, grandes sistemas de bombeamento de água do mar, grandes sistemas de água subterrânea/irrigação e muito mais. Aqui estão aspectos práticos e problemas comumente relatados de grandes bombas verticais a serem considerados, como problemas de vibração e excitações dinâmicas, entre outros.
Dinâmica e vibração
As bombas verticais grandes geralmente têm uma carcaça e estrutura flexíveis com diferentes frequências de excitação localizadas relativamente próximas às frequências naturais. Como tal, eles são suscetíveis a vibração ressonante e alta vibração durante a operação. Estudos e verificações de vibração aprofundados são necessários para essas bombas.
Em muitas bombas verticais, o desempenho dinâmico e o nível de vibração seriam bastante sensíveis a mudanças na bomba ou em suas características/operação. Essas mudanças incluem alinhamento, situação de equilíbrio, detalhes de instalação, trabalhos de manutenção, nível de líquido, carga, etc. operações, diferentes níveis de líquido, etc). Outro ponto crítico é a capacidade de reequilíbrio local do conjunto do rotor dessas bombas. Isso geralmente é necessário no local durante o comissionamento, operação ou manutenção.
equipados para teste na loja. Esta é uma tarefa difícil. Teoricamente, alguns modelos matemáticos complexos podem ser usados para avaliar o efeito da condição de fundação nas características dinâmicas de bombas verticais. No entanto, isso muitas vezes é desafiador.
Além da condição de fundação, sabe-se que o escoamento através da tubulação tem influência na dinâmica da vibração. Portanto, essa pode ser outra fonte de diferença de desempenho entre a loja e o site. Vibrações induzidas pelo fluxo foram experimentadas em alguns casos.
Vibração do Topside
Quase todos os problemas de vibração da bomba vertical (exceto bombas submersíveis) foram relatados como a vibração do motor elétrico ou da parte superior da bomba, independentemente do tipo de vibração. Isso ocorre porque o cabeçote (topside) e o acionador do motor elétrico são as únicas partes observadas por um operador, e como o topo do motor elétrico geralmente fica na extremidade, ele apresenta a maior amplitude de vibração. As vibrações abaixo da base da bomba geralmente atraem menos atenção. Muitas vezes, em muitas bombas verticais, as vibrações abaixo e acima da base são de alguma forma isoladas umas das outras por suas configurações de base rígida ou arranjos semelhantes. Normalmente, o máximo da vibração está na parte superior do acionador do motor elétrico, com amplitudes decrescentes na base do motor elétrico. Às vezes, uma tubulação de descarga está vibrando mais do que a bomba.
Gravar vibração no desligamento e inicialização
Uma boa observação para obter dados úteis no caso de um conjunto de medições de alta vibração é desacelerar o motor elétrico ou registrar dados durante o desligamento e observar como isso altera a vibração. Se a vibração diminuir gradativamente, é sinal de que a causa é desequilíbrio, desalinhamento, eixo torto ou algo semelhante. Se a vibração diminuir imediatamente com a energia elétrica desligada, a causa geralmente é um desequilíbrio elétrico no motor elétrico. Se a vibração desaparecer com apenas uma pequena mudança de velocidade, a causa provavelmente é um problema de ressonância. Quando uma bomba estremece em desaceleração, a causa é a passagem por uma frequência de ressonância. Dados semelhantes podem ser extraídos da vibração na inicialização. No entanto, o caso de desligamento geralmente é mais útil. Recomenda-se analisar os dados do desligamento e da inicialização.
Com a bomba desligada, o eixo deve ser girado manualmente para ver o comportamento. Se for difícil de girar, a causa pode ser desalinhamento, mau ajuste ou eixo torto. No entanto, um eixo facilmente girado não elimina essas causas, pois eixos pequenos e flexíveis podem dobrar facilmente sem carga imposta aos rolamentos.
Modelo/Análise impreciso e simplificado
Um modelo preciso de elementos finitos (FE) foi criado com todos os detalhes necessários. O conjunto da cuba e todos os detalhes da tubulação da coluna foram modelados, incluindo o líquido dentro e ao redor da tubulação, os conjuntos do mancal de aranha, o eixo da linha mais seus acoplamentos, etc.
A análise modal FE mostrou que houve ressonância para o primeiro modo de flexão do eixo. Em outras palavras, a frequência natural do primeiro modo de flexão do eixo de linha foi prevista para ser quase exatamente na frequência de funcionamento da bomba. Essa frequência natural ficou bem abaixo do valor previsto pelo fabricante. O motivo foi o suporte flexível fornecido ao eixo pela longa tubulação da coluna. O fabricante forneceu um estudo dinâmico, mas como o modelo criado pelo fabricante era mais simples, impreciso e mais rígido do que a realidade, a frequência natural prevista era maior e não apresentava nenhuma ressonância. Este problema não poderia ser previsto sem a inclusão da flexibilidade da tubulação de base e coluna no modelo preciso.