泵振動的原因及其消除措施
發(fā)布時間:2011-2-14 9:49:46 | 閱讀次數(shù):1164次
針對不銹鋼水泵機組的各部件存在的振動,分析了產(chǎn)生振動的原因。從泵的水
力、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計,到泵的安裝、運行、維護等方面幾提出了減輕泵
振動的措施。結(jié)果表明,保證泵零部件結(jié)構(gòu)尺寸、精度與泵的無過載
性能等水力特性相適應(yīng);保證泵的實際運行工況點與泵的設(shè)計工況點
吻合;保證加工精度與設(shè)計精度的一致性;保證零部件安裝質(zhì)量與其運
行要求的一致性;保證檢修質(zhì)量與零部件磨損規(guī)律的一致性,可以減
輕泵的振動。
振動是評價水泵機組運行可靠性的一個重要指標。振動超標的危
害主要有:振動造成泵機組不能正常運行;引發(fā)電機和管路的振動,造
成機毀人傷;造成軸承等零部件的損壞;造成連接部件松動,基礎(chǔ)裂紋
或電機損壞;造成與水泵連接的管件或閥門松動、損壞;形成振動噪聲。
引起泵振動的原因是多方面的。泵的轉(zhuǎn)軸一般與驅(qū)動電機軸直接
相連,使得泵的動態(tài)性能和電機的動態(tài)性能相互干涉;高速旋轉(zhuǎn)部件
多,動、靜平衡沐能滿足要求;與流體作用的部件受水流狀況影響較
大;流體運動本身的復(fù)雜性,也是限制泵動態(tài)性能穩(wěn)定性的一個因素。
1 對引起泵振動原因的分析
1.1電機
電機結(jié)構(gòu)件松動,軸承定位裝置松動,鐵芯硅鋼片過松,軸承因
磨損而導(dǎo)致支撐剛度下降,會引起振動。質(zhì)量偏心,轉(zhuǎn)子彎曲或質(zhì)量
分布問題導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均,造成靜、動平衡量超標川。另外
,鼠籠式電動機轉(zhuǎn)子的鼠籠籠條有斷裂,造成轉(zhuǎn)子所受的磁場力和轉(zhuǎn)
子的旋轉(zhuǎn)慣性力不平衡而引起振動,電機缺相,各相電源不平衡等原
因也能引起振動。電機定子繞組,由于安裝工序的操作質(zhì)量問題,造
成各相繞組之間的電阻不平衡,因而導(dǎo)致產(chǎn)生的磁場不均勻,產(chǎn)生了
不平衡的電磁力,這種電磁力成為激振力引發(fā)振動。
1.2基礎(chǔ)及不銹鋼水泵支架
驅(qū)動裝置架與基礎(chǔ)之間采用的接觸固定形式不好,基礎(chǔ)和電機系
統(tǒng)吸收、傳遞、隔離振動能力差,導(dǎo)致基礎(chǔ)和電機的振動都超標。水
泵基礎(chǔ)松動,或者水泵機組在安裝過程中形成彈性基礎(chǔ),或者由于油
浸水泡造成基礎(chǔ)剛度減弱,水泵就會產(chǎn)生與振動相位差1800的另一個
臨界轉(zhuǎn)速,從而使水泵振動頻率增加,如果增加的頻率與某一外在因
素頻率接近或相等,就會使水泵的振幅加大。另外,基礎(chǔ)地腳螺栓松
動,導(dǎo)致約束剛度降低,會使電機的振動加劇。
1.3聯(lián)軸器
聯(lián)軸器連接螺栓的周向間距不良,對稱性被破壞;聯(lián)軸器加長節(jié)
偏心,將會產(chǎn)生偏心力;聯(lián)軸器錐面度超差;聯(lián)軸器靜平衡或動平衡不
好;彈性銷和聯(lián)軸器的配合過緊,使彈性柱銷失去彈性調(diào)節(jié)功能造成
聯(lián)軸器不能很好地對中;聯(lián)軸器與軸的配合間隙太大;聯(lián)軸器膠圈的機
械磨損導(dǎo)致的聯(lián)軸器膠圈配合性能下降;聯(lián)軸器上使用的傳動螺栓質(zhì)
量互相不等。這些原因都會造成振動。
1.4葉輪
①葉輪質(zhì)量偏心。葉輪制造過程中質(zhì)量控制不好,比如,鑄造質(zhì)
量、加工精度不合格;或者輸送的液體帶有腐蝕性,葉輪流道受到?jīng)_
刷腐蝕,導(dǎo)致葉輪產(chǎn)生偏心。
、谌~輪的葉片數(shù)、出口角、包角、喉部隔舌與葉輪出口邊的徑向
距離是否合適等。
、凼褂弥腥~輪口環(huán)與泵體口環(huán)之間、級間襯套與隔板襯套之間,
由最初的碰摩,逐漸變成機械摩擦磨損,這些將會加劇泵的振動。
1.5傳動軸及其輔助件
軸很長的泵,易發(fā)生軸剛度不足,撓度太大,軸系直線度差的情
況,造成動件(傳動軸)與靜件(滑動軸承或口環(huán))之間碰摩,形成振動
。另外,泵軸太長,受水池中流動水沖擊的影響較大,使泵水下部分
的振動加大。軸端的平衡盤間隙過大,或者軸向的工作竄動量調(diào)整不
當(dāng),會造成軸低頻竄動,導(dǎo)致軸瓦振動。旋轉(zhuǎn)軸的偏心,會導(dǎo)致軸的
彎曲振動。
1.6泵的選型和變工況運行
每臺泵都有自己的額定工況點,實際的運行工況與設(shè)計工況是否
符合,對泵的動力學(xué)穩(wěn)定性有重要的影響。水泵在設(shè)計工況下運行比
較穩(wěn)定,但在變工況下運行時,由于葉輪中產(chǎn)生徑向力的作用,振動
有所加大;單泵選型不當(dāng),或是兩種型號不匹配的泵并聯(lián)。這些都會
造成泵的振動。
1.7軸承及潤滑
軸承的剛度太低,會造成第一臨界轉(zhuǎn)速降低,引起振動。另外,
導(dǎo)軸承性能閉不良導(dǎo)致耐磨性差,固定不好,軸瓦間隙過大,也容易
造成振動;而推力軸承和其他的滾動軸承的磨損,則會使軸的縱向竄
動振動以及彎曲振動同時加劇。潤滑油選型不當(dāng)、變質(zhì)、雜質(zhì)含量超
標及潤滑管道不暢而導(dǎo)致的潤滑故障,都會造成軸承工況惡化,引發(fā)
振動。電動機滑動軸承油膜的自激也會產(chǎn)生振動。
1.8管道及其安裝固定
泵的出口管道支架剛度不夠,變形太大,造成管道下壓在泵體上
,使得泵體和電機的對中性破壞;管道在安裝過程中較勁太大,進出
口管路與泵連接時內(nèi)應(yīng)力大;進、出口管線松動,約束剛度下降甚至
失效;出口流道部分全部斷裂,碎片卡人葉輪;管路不暢,如出水口有
氣囊;出水閥門掉板,或沒有開啟;進水口有進氣,流場不均,壓力波
動。這些原因都會直接或者間接地導(dǎo)致泵和管路的振動。
1.9零部件間的配合
電機軸和泵軸同心度超差;電機和傳動軸的連接處使用了聯(lián)軸器
,聯(lián)軸器同心度超差;動、靜零部件之間(如葉輪毅和口環(huán)之間)的設(shè)
計間隙的磨損變大;中間軸承支架與泵筒體間隙超標;密封圈間隙不合
適,造成了不平衡;密封環(huán)周圍的間隙不均勻,比如口環(huán)未人槽或者
隔板未人槽,就會發(fā)生這種情況。這些不利因素都能造成振動。
1.10水泵自身的因素
葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的非對稱壓力場;吸水池和進水管渦流;葉輪內(nèi)部
以及渦殼、導(dǎo)流葉片漩渦的發(fā)生及消失;閥門半開造成漩渦而產(chǎn)生的
振動;由于葉輪葉片數(shù)有限而導(dǎo)致的出口壓力分布不均;葉輪內(nèi)的脫流
;喘振;流道內(nèi)的脈動壓力;汽蝕;水在泵體中流動,對泵體會有摩擦和
沖擊,比如水流撞擊隔舌和導(dǎo)流葉片的前緣,造成振動;輸送高溫水
的鍋爐給水泵易發(fā)生汽蝕振動;泵體內(nèi)壓力脈動,主要是泵葉輪密封
環(huán),泵體密封環(huán)的間隙過大,造成泵體內(nèi)泄漏損失大,回流嚴重,進
而造成轉(zhuǎn)子軸向力的不平衡和壓力脈動,會增強振動。另外,對于輸
送熱水的泵,如果啟動前泵的預(yù)熱不均,或者水泵滑動銷軸系統(tǒng)的工
作不正常,造成泵組的熱膨脹,會誘發(fā)啟動階段的劇烈振動;泵體來
自熱膨脹等方面的內(nèi)應(yīng)力不能釋放,則會引起轉(zhuǎn)軸支撐系統(tǒng)剛度的變
化,當(dāng)變化后的剛度與系統(tǒng)角頻率成整倍數(shù)關(guān)系時,就發(fā)生共振。
2 減輕振動的措施
2.1從設(shè)計制造環(huán)節(jié)消除振動
2.1.1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面注意的問題
1)軸的設(shè)計。增加傳動軸支撐軸承的數(shù)目,減小支撐間距,在適
當(dāng)范圍內(nèi)減小軸長,適當(dāng)加大軸的直徑,增加軸的剛度;當(dāng)泵軸轉(zhuǎn)速
逐漸增加并接近或整數(shù)倍于泵轉(zhuǎn)子的固有振動頻率時,泵就會猛烈振
動起來,所以在設(shè)計時,應(yīng)使傳動軸的固有頻率避開電機轉(zhuǎn)子角頻率
;提高軸的制造質(zhì)量,防止質(zhì)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;在液態(tài)烴等化工
泵中,滑動軸承材料應(yīng)采用具有良好自潤滑性能的材料,比如聚四氟
乙烯;在深井熱水泵中,導(dǎo)流襯套選擇填充聚四氟乙烯、石墨和銅粉
的材質(zhì),并合理設(shè)計其結(jié)構(gòu),使滑動軸承的固定可靠;葉輪密封環(huán)和
泵體密封環(huán)處采用摩擦因數(shù)小的摩擦副,比如M20lK石墨材料一鋼;限
制最高轉(zhuǎn)速;提高軸瓦承載能力及軸承座的剛度。
3)使用應(yīng)力釋放系統(tǒng)。對于輸送熱水的泵,設(shè)計時,應(yīng)使由泵體
變形而引起的連接件之間的結(jié)構(gòu)應(yīng)力得以釋放,比如在泵體地腳螺栓
上面增加螺栓套,避免泵體直接和剛度很大的基礎(chǔ)接觸。
2.12水泵的水力設(shè)計注意事項
1)合理地設(shè)計水泵葉輪及流道,使葉輪內(nèi)少發(fā)生汽蝕和脫流;合
理選擇葉片數(shù)、葉片出口角、葉片寬度、葉片出口排擠系數(shù)等參數(shù),
消除揚程曲線駝峰;泵葉輪出口與蝸殼隔舌的距離,有資料認為該值
為葉輪外徑的十分之一時,脈動壓力最小;把葉片的出口邊緣做出傾
角(比如做成20。左右),來減小沖擊;保證葉輪與蝸殼之間的間隙;提
高泵的工作效率。同時,對泵的出水流道等相關(guān)流道進行優(yōu)化設(shè)計,
減少水力損失引起的振動。合理設(shè)計各種泵的進水段處的吸入室,以
及壓縮級的機械結(jié)構(gòu),減少壓力脈沖,可以保證流場穩(wěn)定,提高泵的
工作效率,減小能量損失,也可以提高泵的振動動態(tài)性能的穩(wěn)定性。
2)汽蝕振動是泵振動的很重要的一部分。當(dāng)泵的人口壓力低于相
應(yīng)水溫下的和壓力時,會發(fā)生伴隨劇烈振動的汽蝕。減小汽蝕的措施
包括:確定水泵的安裝高度時,使裝置的有效汽蝕余量大于泵的最小
裝置汽蝕余量;適當(dāng)加大進水管直徑,縮短進水管長度,減少管路附
件,通流部分斷面變化率力求最小,提高管壁的粗糙度;減少彎頭數(shù)
目和加大管道轉(zhuǎn)彎角度;降低水泵的工作轉(zhuǎn)速;采用抗空化汽蝕的材料
,比如不銹鋼,或在容易發(fā)生汽蝕的部位涂環(huán)氧樹脂;進水流道設(shè)計
要合理,力求平滑,使進人葉輪的水流速度和壓力分布均勻,避免局
部低壓區(qū);提高制造加工質(zhì)量,避免因為葉片型線不準確造成局部流
速過大,壓降過多;提高泵裝置的抗汽蝕性能,包括在泵的進口處設(shè)
置水力增能器,增能器的結(jié)構(gòu),提高泵的吸人壓頭,從而提高泵裝置
汽蝕余量;增加幾何倒灌高度;盡量減少進水管路水頭損失;采用雙吸
式泵。
為了保證吸水管或壓水管內(nèi)無空氣積存,吸水管的任何部分都不
能高過水泵的進口。為了減小人水口處的壓力脈動,吸水管路直徑應(yīng)
比泵人口直徑大一個尺寸數(shù)量級,以便水流在泵人口處有一定的收縮
,使流速分布比較均勻,同時還應(yīng)當(dāng)在泵人口前有一段直管,直管長
度不小于管路直徑的10倍。
注意創(chuàng)造良好進水條件,進水池內(nèi)水流要平穩(wěn)均勻,以消除伴隨
卡門渦旋的振動。
3)基礎(chǔ)的設(shè)計;A(chǔ)的重量應(yīng)為泵和電機等機械重量總合的三倍
以上;盛水池的基礎(chǔ)應(yīng)具有相當(dāng)?shù)膹姸?電機支架與基礎(chǔ)最好做成一體
或做成面接觸;在泵和支架之間設(shè)置隔振墊或隔振器。另外,在管路
之間采用減振材料連接,減少管路布置,可以消除彈性接觸和水力損
失帶來的振動。
2.2從安裝和維護過程消除振動
1)軸和軸系。安裝前檢查水泵軸、電機軸、傳動軸有沒有彎曲變
形、質(zhì)量偏心的情況,若有,則必須矯正或者進一步加工;檢查與導(dǎo)
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激力。
如果監(jiān)測表明,軸實際上已經(jīng)彎曲了,則矯正泵軸。同時,檢查軸的
端間隙值,若該值過大,則表明軸承已磨損,需更換軸承。
2)葉輪。動、靜平衡是否合格。
3)聯(lián)軸器。螺栓間距是否良好;彈性柱銷和彈性套圈結(jié)合不能過
緊;聯(lián)軸器內(nèi)孔與軸的配合是否過松,若太松,可采用諸如噴涂的方
法來減小聯(lián)軸器內(nèi)徑直至其達到過渡配合所要求的尺寸,而后將聯(lián)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
軸瓦檢修工藝水平,嚴格遵循先刮瓦、后研磨、再刮瓦的循環(huán)程序,
保證軸瓦與軸頸的接觸面積達到規(guī)定的標準:
、俦幂S頸與軸承間隙值,通過更換前后軸承、研磨、刮瓦、調(diào)整
等手段達到合格。
②泵軸承體與軸承箱球面頂間隙值合格。③泵軸軸承下瓦
和泵軸軸頸接觸點及接觸角度:標準規(guī)定下瓦背與軸承座接觸面
積應(yīng)在60%以上,軸頸處滑動接觸面上的接觸點密度保持在每平方厘
米2一4個點,接觸角度保持在60“一90”。
5)支架和底板。及時發(fā)現(xiàn)有振動的支撐件的疲勞情況,防止因為
強度和剛度降低造成固有頻率下降。
6)間隙和易損件。保證電機軸承間隙合適;適當(dāng)調(diào)整葉輪與渦殼
之間的間隙;定期檢查、更換葉輪口環(huán)、泵體口環(huán)、級間襯套、隔板
襯套等易磨損零件。
2.3消除由于泵的選型和操作不當(dāng)引起的振動
兩泵并聯(lián)應(yīng)保證泵性能相同。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(dǎo)致水泵超載的因素,比如流道堵塞;適
當(dāng)延長泵的啟時間,減小對傳動軸的擾動,減小轉(zhuǎn)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;對于水潤滑的滑動軸承
,啟動過程中應(yīng)加足預(yù)潤滑水,避免干啟動,直至水泵出水后再停止
注水;定期向需要注油的軸承適量注油;對于長軸液下離心泵,因為軸
系存在著扭轉(zhuǎn)振動,若使用的有推力瓦,則受損傷的主要是推力瓦,
這時可以適當(dāng)提高潤滑油的粘度,防止液體動壓潤滑膜的破壞。最后
,為了防止泵的振幅過大,還可以使用測量分析振動狀況來確定水泵
的最佳工作參數(shù)。
3 結(jié)論
不銹鋼水泵振動的誘因包括機械的、水力的和電力的原因。
振動控制綜合反映了機械加工工藝、機械安裝人員的操作水平、
水泵操作人員的素質(zhì)、水力設(shè)計軟件的功能、各部分材料性能狀況、
監(jiān)測儀器的性能。實際工作中,排除振動要結(jié)合經(jīng)驗和理論分析,將
振動機理分析和實際檢測儀器得到的數(shù)據(jù)結(jié)合起來。很多振動可以通
過提高設(shè)計和安裝質(zhì)量,提高操作水平,加強日常維護予以消除。伴
隨著新材料技術(shù)的發(fā)展和新工藝的出現(xiàn),上海正奧泵業(yè)制造有限公司
以及電子計算機技術(shù)與數(shù)值方法和流體力學(xué)基礎(chǔ)理論的進步,
加上振動噪聲診斷技術(shù)的興起和發(fā)展,水泵的設(shè)計、使用、維護
水平必將蒸蒸日上,性能也一定會日趨優(yōu)化,動態(tài)性能也會日趨穩(wěn)定。