Analyse de la résistance du rotor et de la vitesse critique d'une pompe à incendie verticale à arbre long connectée à différentes longueurs d'arbre

Jun 01, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 9351 (2022) Citer cet article

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La pompe à incendie verticale à long puits (VLSFP) est principalement utilisée dans les lieux de lutte contre les incendies éloignés des terres et dépourvus de grandes quantités d'approvisionnement en eau. L'article a sélectionné le modèle XBC18-178-240LC3 de VLSFP comme objet de recherche. Tout d’abord, les performances hydrauliques expérimentales et numériques du VLSFP simple ont été réalisées, puis les performances hydrauliques du multi-VLSFP ont été analysées par la même méthode de simulation numérique que le VLSFP simple. Après cela, trois modèles de rotor (modèle Z4, modèle Z5-modèle original et modèle Z6) ont été conçus par un logiciel de modélisation, reliés par différentes longueurs et nombres de sections d'arbre sous la même longueur totale des arbres intermédiaires. Enfin, la résistance du rotor et la vitesse critique de trois modèles ont été analysées et vérifiées via la simulation CFD et le logiciel Workbench. L'étude a principalement révélé : (1) Grâce à la vérification de la résistance de la roue, la contrainte équivalente maximale des trois modèles était inférieure à la contrainte admissible du matériau du rotor, ce qui indiquait que leur conception structurelle répondait aux exigences de sécurité ; (2) Grâce au contrôle de la vitesse critique du rotor d'arbre, la vitesse de travail du VLSFP était inférieure à 0,8 fois la vitesse critique de premier ordre des trois modèles, ce qui indiquait que le rotor pouvait éviter la résonance et la structure des trois modèles. répondait aux exigences de conception dynamique. Selon le contrôle des contraintes de la roue et le contrôle de la vitesse critique du rotor d'arbre, combinant le temps et le coût de la main-d'œuvre lorsque le VLSFP a été installé et démonté plusieurs fois avant et après le test ou l'opération, le journal a sélectionné le modèle Z4 comme étant le modèle Z4. modèle optimal, qui pourrait fournir un support théorique pour l'optimisation ultérieure de la conception de la structure de la pompe à incendie verticale à long puits.

La pompe à incendie verticale à long arbre (VLSFP), principalement utilisée dans les lieux de lutte contre les incendies éloignés des terres et dépourvus de grandes quantités d'eau, tels que les plates-formes et les quais offshore, fonctionne en prenant l'eau de mer comme source d'eau de lutte contre l'incendie. Il présente les avantages d'un faible encombrement, d'un débit important, d'une portance élevée et d'un démarrage rapide. Comparé aux pompes traditionnelles, l'arbre du VLSFP est extraordinairement long et se compose de nombreuses sections d'arbre. De plus, la longueur de l'arbre d'entraînement peut être réglable en fonction du niveau de la mer. Lorsque le niveau de la mer est inférieur à l'installation du système de pompe, le VLSFP peut inverser l'eau pour éviter des problèmes tels que le détournement de l'eau et la cavitation causés par la hauteur d'aspiration plus élevée. En tant que grande machine rotative verticale, la stabilité de son système de rotor est la clé de la sécurité du système de pompe. Si la vitesse de travail de la pompe dépasse ou approche la vitesse critique, le système de rotor vibrera1,2.

Les méthodes d'analyse de la dynamique du rotor reposent principalement sur la méthode des matrices de transfert et la méthode des éléments finis. La méthode des matrices de transfert a été proposée par Prohl3, puis améliorée par Horner et Pilkey4. Depuis, des recherches approfondies ont été menées à son sujet5,6,7,8. Cependant, en raison de la simplification excessive du rotor par la méthode de la matrice de transfert, il est difficile de garantir la précision de calcul du modèle. En comparaison, la méthode des éléments finis peut traiter le modèle et le calcul complexes9,10. Par conséquent, la méthode des éléments finis est devenue la méthode privilégiée pour l’analyse de la dynamique du rotor. De plus, dans les projets réels, les pales des machines tournantes sont sujettes à des fissures lors d'un fonctionnement à long terme. De nombreux facteurs affecteront les défaillances dues à la fatigue des pales, notamment le matériau, la structure, la technologie de traitement, la température, la pression, les chocs externes, etc.11,12,13,14,15.

En dynamique du rotor, l’analyse modale et la vitesse critique font également l’objet de recherches. Chivens et Nelson16, Heydari et Khorram17, ainsi que She et al.18,19 ont étudié l'influence de la flexibilité du disque sur la vitesse critique et la fréquence naturelle d'un système arbre-disque en rotation. Taplak et Parlak20 ont construit le modèle d'un rotor de turbine à gaz et ont adopté le programme Dynrot pour obtenir le diagramme de Campbell et la vitesse critique des systèmes rotatifs afin d'étudier les comportements dynamiques des rotors. Castillo et al.21 ont confirmé que l'essai d'impact était une méthode utile pour l'identification des paramètres modaux de la pompe submersible électrique. Minette et al.22 ont étudié le comportement dynamique d'une pompe électrique submersible dans des conditions opérationnelles installées dans un puits d'essai en identifiant sa fréquence naturelle et ses paramètres d'amortissement, en utilisant la méthode exponentielle complexe des moindres carrés. Huang et al.23 ont étudié la méthode de modélisation des modes des pales du rotor de la pompe turbo-moléculaire, proposant une méthode simplifiée du modèle modifié des pales basée sur le principe d'invariance de base de la masse et du moment d'inertie avant et après simplification.