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2021-08-24
1、振動是評價離(lí)心泵機組運行可靠性的一個重要指標。振動超標的危害(hài)主要有:
(1)振動造成離心泵機組(zǔ)不(bú)能正常運行;
(2)引發電機和管路的振動;
(3)造成軸承等零部件的損壞;
(4)造成連接部(bù)件鬆(sōng)動,基礎裂紋(wén)或電機(jī)損壞;
(5)造成與離心泵連接的管件或閥門(mén)鬆動、損壞;
(6)形成振動噪聲。
2、引起離心泵振動的原(yuán)因是多方(fāng)麵的(de),主要有:
(1) 離心泵的轉軸一般與驅動電機軸直接相連,使得泵的動態(tài)性能和電機的動(dòng)態性能相互幹涉;
(2)高速旋轉部件多,動(dòng)、靜平衡未能(néng)滿足要求;
(3)與流體作用的部件受離心流(liú)狀況影(yǐng)響較(jiào)大;
(4)流體運動本身的複雜性,也是限製泵動(dòng)態(tài)性能穩定性的一個因素。
3、對引起泵振動(dòng)原因的(de)分析
3.1 電機(jī)
(1)電機(jī)結構件鬆動、軸承定位裝(zhuāng)置鬆動、鐵芯矽鋼片(piàn)過鬆、軸承因磨(mó)損而導致支撐剛度(dù)下降,會引起振動。
(2)質量偏心、轉子彎曲或質量分布問題導致的轉子質量分布不均,造成靜、動平衡量超標。
(3)鼠籠式電動機轉子的鼠籠籠條有斷裂,造成轉子所受的磁場力(lì)和轉子的旋轉慣性力不平衡而引起(qǐ)振(zhèn)動,電機缺相、各相電源不(bú)平衡等原因也能引起振動。
(4)電機定子繞組,由於安裝工序的操作質量問題,造成各相(xiàng)繞組之間的電阻不平衡,因(yīn)而導致產生的磁場不均勻,產生了不平衡的電磁力,這種電磁(cí)力成為激振力引發振動。
3.2 基礎及泵支架
(1)驅動裝置架與基礎(chǔ)之(zhī)間(jiān)采用的接觸固定形式不好,基礎和電機係統吸收、傳遞、隔離振動能力差,導(dǎo)致基礎和電機的振動都超標。
(2)離心泵基礎鬆(sōng)動,或(huò)者離心泵(bèng)機組在安裝過程中形成彈性基(jī)礎,或者由於油浸起(qǐ)泡造成(chéng)基礎剛度減(jiǎn)弱,離心泵就會(huì)產(chǎn)生與振動相位差180°的另一個臨界轉速,從而使離(lí)心泵振動頻率增加,如果增加的頻率與某一外在因素頻率接近或相(xiàng)等,就會(huì)使離心(xīn)泵的振幅加大。
(3)基礎地腳螺栓鬆動,導致約束剛度降低,會使電機的振動加劇。
3.3 聯軸器(qì)
(1)聯軸(zhóu)器(qì)連接螺(luó)栓的周向間距(jù)不良,對稱性被破壞;
(2)聯軸器加長節偏心,將會產生偏心力;
(3)聯軸器錐麵度超差;
(4)聯軸器靜平衡或動平(píng)衡不好;
(5)彈性銷和聯軸器的配合過(guò)緊,使彈性柱銷失去彈性(xìng)調節功能,造成聯軸器不能很好地對中;
(6)聯軸器與軸的配合間隙太大;
(7)聯軸器膠圈的機(jī)械磨損導致的聯軸器膠圈配合性能下(xià)降;
(8)聯軸器上使(shǐ)用的(de)傳動螺栓質量互相不等。
3.4 葉輪
(1)葉輪質量(liàng)偏心:葉輪製造過程中質量控製不好,比(bǐ)如,鑄造質量、加工精(jīng)度不合格;或者輸(shū)送的液體帶有腐蝕性,葉輪流道受到衝刷腐(fǔ)蝕,導致葉輪產生偏心。
(2)葉輪的葉片數、出口角、包角、喉部隔舌與葉輪出口邊的徑向距(jù)離是否合適等。
(3)使用中葉輪口(kǒu)環與泵體口環之間、級間襯套與隔板襯套(tào)之間,由Z初的碰撞磨損摩,逐漸變(biàn)成機械摩(mó)擦磨損,這些將(jiāng)會加劇泵的振動。
3.5 傳動軸及其輔助件
(1)軸很長的泵,易發生軸剛度不足(zú),撓度太大,軸係直線度差的情況(kuàng),造成動件(傳動軸)與靜件(滑(huá)動軸承或口環)之間碰摩,形成振(zhèn)動。
(2)泵軸(zhóu)太長,受離心泵中流動液體衝擊的影響較大,使泵下部分的振動加大。
(3)軸端的平衡盤間(jiān)隙過大,或者軸向的工作竄動量調整不當,會造(zào)成軸低頻竄動,導致軸瓦振動。
(4)旋轉軸的偏心,會導致軸的彎曲振動。
3.6 泵的(de)選型和變工況運(yùn)行
(1)每台泵都有自己的額定工況點,實際的運行工況與設計工(gōng)況是否符合,對泵的動(dòng)力學(xué)穩定(dìng)性有重要的影響。離心泵在設計(jì)工況下運行比較穩定,但在變工況下運行時,由於葉(yè)輪中產生徑向力的作(zuò)用,振動(dòng)有所加大;
(2)泵選型不當,或是兩種型號不(bú)匹配的泵並聯。
3.7 軸承及潤滑(huá)
(1)軸承的剛度太低(dī),會造成臨界轉速降低,引起振動。
(2)軸承性能不良導致耐磨性差、固定不好,軸瓦間隙過大,也容易造成振動;
(3) 推力軸承和其他的(de)滾動軸(zhóu)承的磨損,則會使(shǐ)軸的縱向竄(cuàn)動振(zhèn)動(dòng)以及彎曲振動同時加劇。
(4)潤滑油(yóu)選型(xíng)不當、變質、雜質含量超標及潤滑管道不暢而導致的潤滑故障、都會造成軸承(chéng)工況惡化,引發振動。
(5)電動機滑動軸承油膜(mó)的(de)自激也會(huì)產生振動。
3.8 管道及其安裝固定
(1)泵的出口管道支(zhī)架剛(gāng)度不夠(gòu),變形太(tài)大,造成管(guǎn)道下壓在(zài)泵體上,使得泵體(tǐ)和(hé)電機的對中性破壞(huài);
(2)管道在安裝過程(chéng)中較(jiào)勁太大,進出(chū)口管路(lù)與泵連接時內應力大;
(3)進、出(chū)口管線鬆動,約(yuē)束剛度下降甚至失(shī)效;
(4)出口流道部(bù)分全部斷裂,碎片卡入葉輪;
(5)管路不暢,如(rú)離(lí)心泵的(de)出口有氣囊(náng);
(6)離心(xīn)泵出口(kǒu)閥門掉(diào)板,或沒有開啟;
(7)離心泵進口有進氣,流場不均,壓力(lì)波動。
這些(xiē)原因都會直接或者間接地導致泵和管路的(de)振動(dòng)。
3.9 零部件(jiàn)間的配合
(1)電機軸和泵軸同心度超差;
(2)電機和(hé)傳(chuán)動軸的連接處(chù)使用了聯軸器,聯軸器同心度超(chāo)差;
(3)動、靜零部(bù)件之(zhī)間(jiān)(如葉輪轂和口環之間)的設(shè)計間隙的磨(mó)損變大(dà);
(4)中間軸(zhóu)承支架與泵筒體間隙超標;
(5)密封圈間隙不合適,造成了不平衡;
(6)密封環周圍的間隙不均勻,比如(rú)口環未(wèi)入槽或者隔板未入槽,就會發生這種情況。
這些不利因素都能造成(chéng)振動。
3.10 離心泵自身的因素
(1)葉輪旋轉時產生的非對稱壓力場;
(2)吸入管產生渦流;
(3)葉輪內(nèi)部以及渦殼、導流葉片漩渦的(de)發生及消(xiāo)失;
(4)閥門(mén)半(bàn)開造成漩渦而產生的振(zhèn)動;
(5)由於葉(yè)輪葉片數有限而導致(zhì)的(de)出口壓力分布不均;
(6)葉輪內的脫(tuō)流;
(7)喘(chuǎn)振;
(8)流(liú)道內的脈(mò)動壓力(lì);
(9)汽蝕(shí);
(10)離心在泵體中流動,對泵(bèng)體會有摩擦和衝擊,比如(rú)離心流撞擊隔舌(shé)和導流葉片的前緣,造成振動;
(11)輸送高溫的鍋爐給水泵易發生汽蝕振動;
(12)泵體內壓力脈動,主要是(shì)泵葉(yè)輪(lún)密封環、泵體密封環的間隙過大,造(zào)成泵體內泄漏損失大,回流嚴重(chóng),進而造成轉子軸(zhóu)向力的(de)不平衡和壓力脈動,會增強振動。
(13)對(duì)於輸送熱介質的離心泵,如果啟動前泵的預熱不均(jun1),或者離心泵滑動銷軸係統(tǒng)的工作(zuò)不正常,造成泵組的熱膨脹,會誘發啟動(dòng)階段的劇烈振動;
(14)泵體來自熱膨(péng)脹等方麵的內應力不能釋放,則會引起轉軸支撐係統剛度的變化,當變化後的剛度與係統角頻率成整倍(bèi)數關係時,就發生共振(zhèn)。
4、減輕振動的措施
4.1 從設計製造環節消除振動
(1)機械結構設計方麵注意的問題
① 軸的設計:
增加傳動軸支撐軸承的數目(mù),減(jiǎn)小支撐間距、在適當範圍內減小軸長,適當加(jiā)大軸的直徑,增加(jiā)軸的剛度;
當泵軸轉速逐漸增加並接近或整數倍於泵轉(zhuǎn)子的固有(yǒu)振動頻率時,泵就會猛烈(liè)振動起來,所以在設計(jì)時,應(yīng)使傳動軸的固(gù)有頻率避開電機轉子角頻率;
提高軸的製造質量,防止質量偏心和過大的形位公差。
② 滑動軸承的選擇:
采用無須潤滑的滑動軸承;
在(zài)液態(tài)烴等(děng)化工泵中(zhōng),滑動軸承材料應采用具有良好自潤滑性能的(de)材料,比如聚(jù)四氟乙(yǐ)烯;
在(zài)深井離心泵中,導流襯套選擇填充聚四氟乙烯、石墨和(hé)銅粉的材質,並合理設計其結構,使滑動軸承的固定可靠;
葉輪密封環和泵體(tǐ)密封環處采用摩擦因數小的摩擦副,比如M20lK石墨材料一鋼;
限製Z高轉速;
提高軸瓦承載能力及軸承座的剛度。
③ 使用(yòng)應力釋(shì)放(fàng)係統。對於輸送熱介質的離心泵,設計時,應(yīng)使由泵體(tǐ)變形而引起的連接件之間的結構(gòu)應力得以釋放,比(bǐ)如在泵體地腳螺栓上麵(miàn)增加螺栓套,避免泵體(tǐ)直接和剛(gāng)度很大(dà)的基礎接觸。
(2)離心(xīn)泵的(de)離心力設(shè)計注意事(shì)項(xiàng)
① 合理地設計離(lí)心(xīn)泵葉輪及流道,使葉輪內少發(fā)生汽蝕和(hé)脫流(liú);
② 合理選擇葉片數(shù)、葉(yè)片出口角、葉片寬度、葉片出口排擠係數等參數,消除揚(yáng)程曲(qǔ)線駝(tuó)峰;
③ 泵葉輪出口與蝸殼隔舌的距離,有資料認為該值為葉輪外徑的(de)十分之一時,脈(mò)動壓力Z小;
④ 把葉片的出口邊緣做出傾角(比如做成20°左右),來減小衝擊;
⑤ 保證葉(yè)輪與蝸殼之間的間隙;
⑥ 提高泵的工作效率。同時,對泵(bèng)的出離心流道等相關(guān)流道進行優化設(shè)計,減少離心力損失引起的振動。
⑦ 合理設(shè)計各(gè)種泵的(de)進口段處的吸入室,以及壓縮(suō)級的機(jī)械結構,減(jiǎn)少壓力脈衝,可以保證流場穩(wěn)定,提高泵的(de)工作效率,減小能量損失,也可(kě)以提高(gāo)泵的振動動態性能的穩定(dìng)性。
(3)汽蝕振動是泵振動的很重要的一部分。當泵的入口壓力低於相應溫度下的飽(bǎo)和(hé)壓力(lì)時,會發生伴隨劇烈振(zhèn)動的汽蝕。
減小汽蝕的措施包括:
① 確定離心泵(bèng)的安裝(zhuāng)高度時,使(shǐ)裝置的有效汽蝕餘量大於泵的Z小裝(zhuāng)置汽蝕餘量;
② 適當加大進口管直(zhí)徑,縮短進口管長(zhǎng)度,減(jiǎn)少管路附件,通流部分斷麵(miàn)變化率(lǜ)力求Z小,降低管壁的粗糙度;
③ 減少(shǎo)彎頭數目和加大管道轉彎角度;
④ 降低(dī)離心泵的(de)工作轉速;
⑤ 采用(yòng)抗空化汽蝕的材料,比如不鏽鋼,或在容易發(fā)生汽蝕的部位塗環氧樹脂;
⑥ 進口(kǒu)流道設計要合理,力求平滑,使進入葉輪的離心流體(tǐ)速度和壓力分布均勻,避免局部低壓區;
⑦ 提高製造加工質量,避免因為葉片型線不準(zhǔn)確造成局部流速過大,壓降過多;
⑧ 提高泵裝(zhuāng)置的抗汽蝕(shí)性(xìng)能,包括在泵的進口處設置離心(xīn)力增能器,或采取增能器的結構,提(tí)高泵的吸入壓頭,從而提高泵裝置汽蝕餘(yú)量;增(zēng)加幾何倒灌(guàn)高度;
⑨ 盡量減少進口管路離心壓頭損失;
⑩ 采用雙吸式泵。
為了保證(zhèng)吸(xī)入管或排出管內無空氣積存,吸入管的任何部分都不(bú)能高過離心泵(bèng)的進口。為了減小(xiǎo)吸入?處的壓力脈動,吸入管路直徑應比泵入口直徑大一個尺寸數量級,以便流(liú)體在泵入口(kǒu)處有一定的收縮(suō),使(shǐ)流速分布比較均(jun1)勻,同時還(hái)應當在泵入口前有一段直管,直管長度不小於管(guǎn)路直徑的10倍(bèi)。
注意創造良好進口條件,進離心泵的流體要平(píng)穩均勻,以消除伴隨卡門渦旋的振動。
(4)基礎的設計:
① 基礎的重量應為泵和電機等機械重量(liàng)總和的三倍以上;
② 離心泵的基礎應具有相當的強(qiáng)度;
③ 電機支架與基礎Z好做成一體或做成麵接觸;
④ 在泵和支架之間設置隔振墊(diàn)或隔振器。
⑤ 在管路之間采(cǎi)用減振材料連接,減少管路布置,可以消除彈性接觸和離心力損失帶來的振動。
(5)從安裝(zhuāng)和維護過(guò)程消除振動
① 軸和軸係
安裝前檢查離心泵軸、電機軸、傳動軸有(yǒu)沒(méi)有彎曲變形、質量(liàng)偏心的情況,若有,則必須矯正或(huò)者進一步(bù)加工;
檢查與導軸承接觸的傳動軸,是否因彎曲而摩擦軸瓦或襯套而使自己受(shòu)激力。如果監測表明,軸(zhóu)實際上已經彎曲了,則矯正(zhèng)泵軸。
同時(shí),檢查軸承間隙值,若(ruò)該值過大,則表明軸承已磨損,需(xū)更換軸承。
② 葉輪:動(dòng)、靜平衡是(shì)否(fǒu)合格。
③ 聯軸器:
螺栓(shuān)間距是否良(liáng)好;
彈性柱銷和彈性套圈結合不能過(guò)緊;
聯軸器內孔與軸的配合是(shì)否過(guò)鬆,若太鬆,可采用諸如噴塗的方法來減小聯軸(zhóu)器內徑直至(zhì)其(qí)達到過渡配合所(suǒ)要(yào)求的(de)尺寸,而後將(jiāng)聯軸器固定在軸上。
④ 滑動軸承
間隙值是否符合標準;
各處潤滑是否良好;
提高泵的軸(zhóu)瓦檢修工藝(yì)離心平,嚴格遵循先刮瓦、後研磨(mó)、再刮瓦的循環程序,保證(zhèng)軸瓦與軸頸的接觸麵積達到規定的標準:
a) 泵軸(zhóu)頸與軸承間隙(xì)值,通過更換前後軸承、研磨、刮瓦、調整等手段達到合格。
b) 泵軸承體(tǐ)與軸承箱球麵頂(dǐng)間(jiān)隙值合格。
c) 泵軸軸承下瓦和(hé)泵軸軸頸接(jiē)觸點及接觸角度: 標準規(guī)定下瓦背與軸承座接觸麵積應在60%以上,軸頸處滑動接觸麵上的接觸點密度保持在每平方厘米(mǐ)2~4個點,接觸角度保持在60“~90”。
⑤ 支架(jià)和底板(bǎn):及時發現有振動的支撐件的疲勞情況,防止因為強(qiáng)度和剛度降低造成(chéng)固有頻率下降。
⑥ 間隙和易損件
保證電機軸(zhóu)承間隙合(hé)適;
適當(dāng)調整葉輪與渦殼之間的間隙;
定期檢查、更換葉(yè)輪口(kǒu)環、泵體口環、級間(jiān)襯套、隔(gé)板襯套等易磨損零(líng)件。
(6)消除由於泵(bèng)的選型(xíng)和操作不當引起的振(zhèn)動
① 兩泵並聯應保證泵性能相同。
② 泵性能曲線應(yīng)為緩降型為好,不能有駝峰。使用時要注意: 消除導致離(lí)心泵超載的因素,比如流道堵塞;
③ 適當延長泵的啟動(dòng)時間,減小對傳動軸的擾(rǎo)動,減小轉動部件和靜止零件之間的碰撞和摩擦,以及由此引起的熱變形;
④ 對於離心泵的滑動軸承,啟動過(guò)程中應加足預潤滑油,避免幹啟動;
⑤ 定期向需要注油的軸承適量注油;
⑥ 對於長軸液下離心泵,因為軸係存在著扭(niǔ)轉振(zhèn)動,若使用的有推力瓦,則(zé)受損傷的主要是推力瓦,這時可(kě)以適當提高潤滑油的粘度,防止液體動(dòng)壓潤滑膜的破壞。
⑦ 為了防止泵的振幅(fú)過(guò)大,還可以使用測量分析振動狀(zhuàng)況來確定離心泵的Z佳工作參數。
5、泵振動(dòng)的誘因包括機械的(de)、離心力的和電力的原因。振動控製綜(zōng)合反映了機(jī)械加工工藝(yì)、機械安裝人員的操作水平、離心泵操作人員的素質、離心泵設計軟件的功(gōng)能、各部(bù)分材料性能狀況(kuàng)、監測儀器的性能。
實際工作中,排除振動要結合經驗和理論分析,將振動機理分析和實際檢測儀器得到的數據結合(hé)起來(lái)。很多(duō)振動可以通過提(tí)高設計和安裝(zhuāng)質量,提高操(cāo)作離(lí)心平,加強日常維護予(yǔ)以消除。伴隨著(zhe)新材(cái)料技術的發展和新工(gōng)藝的出現(xiàn),以及電子計算機技(jì)術與數值方法和流體力學基礎理論的進(jìn)步,加上振動噪聲診斷技術的興起和發(fā)展,離心泵的設計、使用、維護水(shuǐ)平必將蒸蒸日上,性能也一定會日趨(qū)優化,動態性能也會日趨穩定。

(來源:網絡)