Откуда возникает шум в керамических насосах? Четыре структурные оптимизации для снижения высокочастотного шума
Обычно керамический насос, издающий высокочастотные звуки, не означает, что он вышел из строя. То, что вы слышите, — это резонанс. Звук представляет собой непрерывное «ззз--» или «ее--», достаточно громкое, чтобы проникнуть сквозь деревянный шкаф и достичь ваших ушей. На самом деле звук исходит не от керамического компонента; оно возникает в результате сочетания инженерных и гидравлических функций.
Основной причиной является взаимодействие ротора и статора между рабочим колесом и корпусом насоса. Проходя мимо спирального язычка, лопасти рабочего колеса периодически сжимают жидкость, создавая пульсации давления. Эта частота пульсации (количество лопастей, умноженная на скорость вращения) является основным источником высокочастотного шума. Керамическое рабочее колесо жесткое и легкое, поэтому оно более чувствительно реагирует на это возбуждение, передавая вибрацию более эффективно, чем металлическое рабочее колесо.
Второй слой возникает из-за микровибрации в подшипнике и втулке вала. Керамические поверхности втулки очень гладкие, но если зазор с сопряженным подшипником не согласован должным образом или если в жидкости присутствуют мелкие частицы, система вала будет производить небольшие высокочастотные колебания, которые раздаются в виде резкого звука через корпус насоса. Третий слой – акустическое излучение корпуса насоса. Чтобы противостоять коррозии, керамические корпуса насосов обычно делают тонкими и достаточно жесткими, но недостаточно демпфируемыми, поэтому внутренняя энергия пульсации усиливается корпусом и превращается в воздушный шум.
Четыре структурных исправления для снижения высоких частот
Первый метод — устранить зазор между рабочим колесом и спиральным язычком. Расстояние между крыльчаткой и наружным диаметром язычка напрямую определяет уровни амплитуды пульсаций. Если расстояние меньше, чем должно быть, пики пульсации будут высокими. Если расстояние достаточно большое, например, более 10 мм, эффективность насоса упадет. Эмпирическое правило здесь заключается в увеличении угла улитки, поскольку максимальное падение уровня пульсации произойдет, если переход потока жидкости от рабочего колеса к улитке происходит плавно. Измерения показывают, что изменение угла улитки с 25 до 34 градусов позволяет снизить уровень вибрации насоса более чем вдвое.
Два типа со смещенной частотой на выходе крыльчатки. Если бы все лезвия были расположены на равном расстоянии друг от друга, они производили бы всю свою энергию вибрации на одной частоте ударов, что вызывало бы громкий шум. Если сделать секции выходных лопаток неравномерными или внести небольшие изменения в форму кончиков и задних кромок, необходимая высокочастотная энергия будет рассеяна по более широкой площади. Люди гораздо лучше переносят неспецифический шум, чем чистый звук, что приводит к снижению громкости. С керамическим рабочим колесом это можно сделать автоматически в процессе формования без использования каких-либо инструментов.
Третий вариант — включить демпфирование в систему вала. Поскольку керамические валы и подшипники представляют собой компоненты жесткого контакта, они не могут обладать амортизирующим эффектом металлических насосов из-за масляных пленок или полимерных втулок в насосной системе. Некоторые варианты уменьшения количества высокочастотной вибрации, передаваемой на корпус насоса, включают использование тонкого слоя полимера, покрывающего керамический вал, или преобразование корпуса подшипника в плавающие подшипники с эластичной изоляцией. Единственное условие – рукав должен выдерживать перекачиваемую среду. В случае проточной чистой воды или слабоагрессивных жидкостей можно использовать PEEK или модифицированный PTFE.
Четыре с использованием демпферов со стесненным слоем на корпусе насоса. Керамические корпуса по своей природе очень плохо демпфируют, а это значит, что они громко резонируют после приведения в движение, как колокола. Не вызывая каких-либо нарушений в каналах потока, можно использовать демпферы со стесненным слоем на поверхности корпуса, обрабатывая только внешнюю сторону, или можно создать резиновые канавки при изготовлении несмачиваемых поверхностей и затем заполнить их металлами или полимерами с высоким демпфированием. Следует отметить, что этот слой обеспечивает отсутствие контакта с жидкостью, а потому в тепло преобразуется только энергия вибраций в корпусе.
Высокочастотный шум трудно лечить, потому что ответ заключается не в его блокировании, а в его распространении и поглощении. Суть структурной оптимизации заключается не в том, чтобы полностью устранить вибрацию, а в том, чтобы не допустить ее стабилизации в частотном диапазоне, к которому ваши уши наиболее чувствительны. Совместите эти четыре подхода, и высокочастотный вой керамического насоса обычно меняется от пронзительного до заметного, но не раздражающего.
