Schwingungsanalyse von stationären Mischern

Statische Mischer finden breite Anwendung in der Chemie-, Öl- und Gas- sowie Lebensmittelindustrie. Sie dienen zum Mischen von Flüssigkeiten und Gasen ohne den Einsatz beweglicher Teile. Dank ihrer einfachen Konstruktion, hohen Zuverlässigkeit und geringen Wartungskosten sind sie zu einem integralen Bestandteil von Produktionslinien geworden.

Wie jede andere Industrieanlage sind auch statische Mischer dynamischen Kräften und Vibrationen aus der Umgebung ausgesetzt. Vibrationen können durch ungleichmäßigen Durchfluss, Druckschwankungen oder Umweltfaktoren wie Vibrationen benachbarter Geräte verursacht werden. Werden diese Vibrationen nicht erkannt und korrigiert, können sie zu Geräteausfällen, verminderter Mischleistung und sogar Sicherheitsrisiken führen.

In diesem Artikel wird die statische Schwingungsanalyse von Mischern , ihre Bedeutung, ihre Durchführung und Lösungen zur Schwingungsreduzierung erörtert.

Was ist Vibration und warum ist sie wichtig?

Vibration ist die Schwingbewegung eines Objekts um einen Gleichgewichtspunkt. In Industrieanlagen, wie z. B. stationären Mischern, kann Vibration in verschiedenen Formen auftreten:

Durch Flüssigkeitsströmung verursachte Vibrationen : Störungen oder Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit können zu ständigen Vibrationen im Motor führen.
Mechanische Vibrationen : Vibrationen von Pumpen, Kompressoren und anderen Zusatzgeräten können auf den stationären Motor übertragen werden.
Umweltbedingte Vibrationen : Erdbeben, strukturelle Vibrationen oder Druckänderungen in Rohrleitungen können ebenfalls Vibrationen verursachen.

Unkontrollierte Vibrationen können zu folgenden Folgen führen:

Materialbeanspruchung und mechanische Beschädigung : Ständige Vibrationen können zu Metallbeanspruchung und Mikrorissen führen, die mit der Zeit zu Geräteausfällen führen können.
Schlechte Mischqualität : Ungleichmäßige Vibrationen stören den Flüssigkeitsfluss und führen zu einer unvollständigen Mischung.
Kontaminations- und Sicherheitsrisiken : Wenn Teile zerbrechen oder herunterfallen, besteht die Gefahr, dass Chemikalien austreten, was gefährlich sein kann.

Statische Analyse der Mischervibration

Definition der Schwingungsanalyse

Bei der Schwingungsanalyse wird das dynamische Verhalten von Geräten unter dem Einfluss von Schwingungskräften untersucht. Ziel dieser Analyse ist die Ermittlung von Eigenfrequenzen, Schwingungsarten und strukturellen Mängeln.

Schritte zur Durchführung einer Schwingungsanalyse

Datenerfassung : In dieser Phase werden die Mischerspezifikationen, der Materialtyp, die Schichtdicke, die Betriebsbedingungen und der Flüssigkeitstyp überprüft.
Dynamische Simulation : Verwenden Sie Engineering- Software wie ANSYS, Abaqus oder COMSOL, um ein 3D-Modell des Mischers zu erstellen und die Materialeigenschaften zu bestimmen.
Modusanalyse : Bestimmung der Eigenfrequenzen und Schwingungsmuster. Dieser Schritt hilft sicherzustellen, dass die Anregungsfrequenzen des Systems nicht mit seinen Eigenfrequenzen übereinstimmen, da diese Abweichung zu verstärkten Schwingungen und Schäden führen kann.
Harmonische Analyse : Untersucht die Reaktion eines Motors auf sinusförmige oder harmonische Anregung, die typischerweise durch Schwankungen des Pumpendrucks oder -stroms verursacht wird.
Analyse der Schwingungsübertragung : Untersucht, wie Schwingungen von benachbarten Geräten auf den Motor übertragen werden und welche Auswirkungen sie auf das gesamte System haben.

Vorteile der Schwingungsanalyse

Die Durchführung einer statischen Schwingungsanalyse eines Mischers bietet eine Reihe von Vorteilen, darunter:

Verlängern Sie die Lebensdauer Ihrer Geräte : Indem Sie Schwachstellen im Design identifizieren , können Sie Maßnahmen ergreifen, um diese zu verbessern.
Geringere Wartungskosten : Durch die Vorhersage von Ausfällen verringert sich der Bedarf an Notfallreparaturen und Produktionsausfallzeiten.
Verbessern Sie die Mischqualität : Durch die Reduzierung unerwünschter Vibrationen wird der Flüssigkeitsfluss gleichmäßiger und die Mischung vollständiger.
Verbesserte Sicherheit : Geringeres Risiko von Geräteausfällen und der Freisetzung gefährlicher Stoffe.

Stationärer Mischer von Cemplant

Faktoren, die die Vibration statischer Mischer beeinflussen

Motormaterial und -dicke

Material und Dicke der Metallwand wirken sich direkt auf die Eigenfrequenz und das Ausmaß der absorbierten Schwingung aus. Beispielsweise absorbiert hochfester Stahl niederfrequente Schwingungen schlechter, während Aluminium oder Verbundwerkstoffe flexibler sind und möglicherweise eine Verstärkung benötigen.

Länge und Geometrie

Die innere Form des Motors und die Länge der Rohre beeinflussen die Art der Schwingung. Je länger das Rohr und je komplexer seine innere Struktur, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Eigenfrequenzen den Anregungsfrequenzen annähern.

Strömungsverhältnisse

Die Art der Flüssigkeit (Viskosität, Dichte), die Durchflussrate und das Einlassmuster können turbulente Vibrationen verursachen. Ungleichmäßige Strömung ist oft die Hauptursache für Mischervibrationen.

Geräte in der Nähe

Pumpen, Kompressoren und andere Rohrleitungen können Vibrationen auf den Motor übertragen. Diese externen Vibrationsquellen sollten bei der Vibrationsanalyse ebenfalls berücksichtigt werden.

Abschreibungsmethode

Sobald die Quellen und Muster der Vibrationen identifiziert wurden, gibt es mehrere Möglichkeiten, diese zu reduzieren:

Verstärkung der Struktur : Erhöhung der Wandstärke oder Verwendung verstärkter Rippen und Balken.
Eigenfrequenzverschiebung : Durch Material- oder Geometrieänderung kann die Eigenfrequenz außerhalb des Anregungsfrequenzbereichs verschoben werden .
Verwenden Sie Stoßdämpfer und Dämpfer : Installieren Sie mechanische Stoßdämpfer oder flexible Materialien zwischen dem Motor und der Stützbasis.
Optimieren Sie den Flüssigkeitsfluss : Konstruieren Sie Einlässe und Strömungswege, um einen gleichmäßigen Fluss zu gewährleisten und Turbulenzen zu minimieren.
Steuerung peripherer Geräte: Installieren Sie Stoßdämpfer an Pumpen und Kompressoren, um die Vibrationsübertragung zu reduzieren.

Software und Analysetools

Zur Durchführung statischer Schwingungsanalysen von Vibrationsmaschinen stehen verschiedene Tools und Software zur Verfügung :

ANSYS : modulare Analyse, harmonische Analyse und transiente Analyse.
Abaqus : kann komplexe Materialien modellieren und dynamische Schwingungsanalysen durchführen.
COMSOL Multiphysics : Integrierte Strömungs- und Schwingungssimulation.
MATLAB/Simulink : Schwingungsdatenanalyse und Systemreaktionsmodellierung.
Vibrometer und Beschleunigungsmesser : dienen zur Messung tatsächlicher Vibrationen vor Ort.

Praktische Forschung und Erfahrung

In der Chemie- und Erdölindustrie ist die statische Schwingungsanalyse von Motoren Teil eines präventiven Wartungsprogramms. Beispiele:

Durch ungewöhnliche Vibrationen des Motors einer petrochemischen Anlage entstanden Mikrorisse an der Felge.
In Wasseraufbereitungsanlagen können durch die Änderung der inneren Geometrie des Motors und die Optimierung der Strömungswege turbulente Vibrationen reduziert und die Qualität des chemischen Gemischs verbessert werden.

Endlich

Die Schwingungsanalyse stationärer Mischer ist ein wichtiges Werkzeug für Verfahrenstechniker und Wartungsspezialisten. Die Bestimmung der Art und Eigenfrequenz von Schwingungen ermöglicht:

Verhindern Sie einen vorzeitigen Ausfall der Ausrüstung,
Verbessern Sie die Qualität der Mischung,
Reduzierte Wartungskosten und
Verbesserte Sicherheit der Produktionslinie.

Dank der technologischen Entwicklung und dem Einsatz moderner Software ist die Schwingungsanalyse keine Option mehr, sondern eine Notwendigkeit für eine nachhaltige und sichere Produktion in der Industrie.