振(zhèn)動(dòng)是物體偏離平衡位臵,出現動能和(hé)位能的連續、相互(hù)轉換的往複運動形式。受一次衝擊力產生的振動——自由振(zhèn)動;受周期性的變化力產生的振動——受迫振動。泵在使用過程中,會發生振動。在轉動設備和流動介質中,低強度的機械振動(dòng)是不可(kě)避免的(de)。
1 泵振動現象所產生的危害
振動是評(píng)價泵機組運(yùn)行可靠性(xìng)的一個重要指標。振動超標的危害主(zhǔ)要有:
1、振動造成泵機組不能(néng)正常運行;
2、引發(fā)電機(jī)和管(guǎn)路的振動,造成機毀人傷;
3、造成軸承等零部件(jiàn)的損壞;
4、造成連接部件鬆動,基礎裂紋或電機損壞;
5、造成與泵連接的管件(jiàn)或閥門鬆動、損壞;
6、形成振動噪聲(shēng)。
2 水泵振動原因的分析
1、電機
電機結構件鬆動,軸(zhóu)承定位裝置(zhì)鬆動(dòng),鐵芯矽(guī)鋼片過鬆(sōng),軸承因磨損而導致(zhì)支撐剛度(dù)下降,會引起振動。質量偏心,轉(zhuǎn)子彎曲(qǔ)或質量分布問題導致的轉子質量分布(bù)不均(jun1),造成靜(jìng)、動平衡量(liàng)超標。另外,鼠籠式電動機(jī)轉子(zǐ)的鼠籠籠條有斷裂,造成轉子所受的磁場力和轉子的旋轉慣(guàn)性力不平衡(héng)而引起振動,電機缺相,各相電源(yuán)不平衡等原因也能引(yǐn)起振動。電機定子繞組,由於安裝工序的操作(zuò)質量問(wèn)題,造成各相繞組之間的電阻不平衡,因而導致產生的磁場不均(jun1)勻,產生了不平衡的電磁力,這種電磁力成為激振力引發振動。
2、基礎及泵支架
驅(qū)動裝置架與基礎之間采用的(de)接觸固定形式不好,基礎和電機係統吸收、傳遞、隔離振(zhèn)動能力差,導致基礎和電機的振動都超標(biāo)。泵基礎鬆動,或者泵機組在安裝過程中形成彈性基礎,或者由於油浸水泡造成基礎剛度減弱,泵就會產生與(yǔ)振動相位差1800的另一個臨界轉速(sù),從而使水泵振動頻率增加,如果增(zēng)加的頻率與某一外(wài)在因素頻率接近(jìn)或相等,就會(huì)使泵的振幅(fú)加大。另外,基礎地腳螺栓鬆(sōng)動,導致約束(shù)剛度降低,會使電機的振動加劇。
3、聯軸器
聯軸器連接螺栓的周向間(jiān)距不良,對稱性被破壞;聯軸器加長節偏心,將會產生(shēng)偏心力;聯軸器錐麵度超差;聯軸(zhóu)器靜平衡或動平衡不好;彈性銷和聯軸器的配(pèi)合(hé)過緊,使彈性柱(zhù)銷失(shī)去彈性調節功能造(zào)成(chéng)聯軸器不能很好地對中;聯軸(zhóu)器與軸的(de)配合間隙太大;聯軸器上使用(yòng)的傳動螺栓質量互相(xiàng)不等;聯軸器膠圈的機械磨損導(dǎo)致的聯軸(zhóu)器膠(jiāo)圈配合性能下降(jiàng)等。
4、葉輪
(1)葉輪質量偏心葉輪製造過程中質量控製不好,比如,鑄造質量、加(jiā)工精度不合格;或者輸送的液體帶有腐(fǔ)蝕性,葉輪流道受到衝刷腐蝕,導致葉輪產生偏心。
(2)葉輪(lún)的葉片數、出(chū)口角、包角、喉部隔舌與葉輪出口邊的徑向距離是否合適等。
(3)使用中葉輪口環與泵體口環之間(jiān)、級間襯套與隔板襯套(tào)之(zhī)間,由Z初的碰摩,逐(zhú)漸變成機械摩擦磨損,這些將會加劇泵的振(zhèn)動。
5、管道(dào)及(jí)其安裝
(1)泵的出口管道支架剛度不夠,變形太大,造成管(guǎn)道下壓在泵體上,使得泵(bèng)體和電機的對中性破(pò)壞;
(2)管道在安裝過程中較勁(jìn)太大,進出口管路與泵連接時內應力大;進(jìn)、出口管線(xiàn)鬆動,約(yuē)束剛度下降甚至失效;
(3)出口流道部分全部斷裂,碎片卡入(rù)葉輪;管路不暢,如出水口有氣囊;
(4)出水(shuǐ)閥門掉(diào)板,或沒有開啟;進水口有進氣,流(liú)場不均,壓力波動。
6、軸承及潤滑
(1)軸承的剛度太低,會造成臨(lín)界(jiè)轉速(sù)降低,引起振動(dòng)。
(2)滑動軸承性能不良導致耐磨性差,固定不好,軸瓦間隙過大,也容(róng)易造成振動;
(3)推力軸承和(hé)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會同時加劇。
(4)潤滑油選型不當、變質、雜質含量超標及潤滑管(guǎn)道不暢而導致的潤滑故障,都會造成軸承工況惡(è)化,引發振動(dòng)。
7、傳動軸及其輔助(zhù)件
(1)軸(zhóu)很長的泵,易發生軸(zhóu)剛度(dù)不足,撓度太大,軸係直線度差的情(qíng)況,造成轉動部件(傳(chuán)動軸(zhóu))與靜止部件(滑動軸承或口環)之(zhī)間碰摩,形成振動(dòng)。
(2)泵軸太長,受介質流動衝(chōng)擊的影響較大,使泵過流部分的振(zhèn)動加大。
(3)軸端的平衡盤間隙(xì)過大,或者軸向的竄動量調整不當,會造成軸低頻竄動,導致軸瓦振動(dòng)。旋轉軸的偏心,會導致軸的彎曲振動。
8、泵(bèng)的選型和變工況運行
每台泵都有自己的額(é)定工況(kuàng)點,實際的(de)運行工況與設計工況是否符合,對泵(bèng)的動力學穩定性(xìng)有重要的影響(xiǎng)。
9、零部件間的配合
(1)電機軸和泵軸同心度超(chāo)差;
(2)動、靜零部件(jiàn)之(zhī)間(jiān)(如葉輪和口(kǒu)環之間(jiān))的設(shè)計間(jiān)隙的磨損變大;
(3)密封圈間隙不均勻,圓度超差,造成了不平衡(héng);
(4)泵與軸承體連接配合處形位公差超差,導致軸承內圈不同(tóng)心。
10、泵發生氣蝕(shí)
泵在吸入真空度大於允許吸入真空度(dù)時,發(fā)生汽蝕(shí)現象。主要發生在(zài)葉(yè)輪外緣葉片及蓋(gài)板,渦殼等處。當葉輪入口處壓(yā)強下降至被送液體在(zài)工作溫度下的飽和蒸汽壓時,液體(tǐ)將會發生部分汽化(huà),生成的氣泡將隨液體從低壓區進入高壓(yā)區,在高(gāo)壓區氣泡會急劇收縮,凝結,其周圍的液體(tǐ)以極高的速度衝向原氣泡(pào)所占空(kōng)間,產(chǎn)生高強度的(de)衝擊波,衝擊葉輪和泵殼,發(fā)生噪音引起震動。
11、其(qí)他
葉輪(lún)旋轉時產生的非對稱壓力場;吸(xī)水池(chí)和進水管渦流;葉輪內部以及渦殼、導流葉(yè)片漩渦的發生及消失;閥門半開造成漩渦而產生(shēng)的(de)振動;由於葉輪葉片數有限而(ér)導致的出口壓力分布(bù)不均;葉輪內的脫流、喘振;流(liú)道內(nèi)的脈動壓力;介質在泵體中流(liú)動,對泵體會有(yǒu)摩擦和衝(chōng)擊,比如介質撞(zhuàng)擊隔舌和導葉的(de)前(qián)緣,造成振動;泵體內壓力脈動,主要是泵葉輪密封環,泵體密封環的間隙過大,造成泵體內泄漏損失大(dà),回流嚴重,進而造成轉(zhuǎn)子軸向力的不(bú)平衡和壓(yā)力脈動,會增強振動。
3 防止水泵振動的方法與(yǔ)措施
1、從設計製造環節(jiē)消除振動
(1)軸的設計(jì)。增加傳動軸支撐軸承的數目,減小支撐間距,在適當範圍內減小軸長,適當加大軸的(de)直徑,增加軸的剛度;當泵軸(zhóu)轉速逐漸增加並接(jiē)近或(huò)整數倍於泵轉子的固有振(zhèn)動頻率時,泵就(jiù)會猛烈振(zhèn)動起來(lái),所以在設(shè)計時(shí),應(yīng)使傳動(dòng)軸的固有頻率避(bì)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(xíng)位公差。
(2)使用應力釋放係統。對於(yú)輸送熱水的泵,設計時,應使由泵體變形而引起的連接件(jiàn)之間的結構應力得以釋放,比如在(zài)泵體(tǐ)地腳螺栓上麵增加螺(luó)栓套,避免泵體直接(jiē)和剛度(dù)很大的基礎接(jiē)觸(chù)。
2、水力設計注意事項
(1)合理地設計水泵葉輪及流(liú)道(dào),使葉輪內(nèi)少(shǎo)發(fā)生汽蝕(shí)和脫(tuō)流;合理選擇葉片數、葉片出(chū)口角、葉片寬度、葉片出口排擠係數等參數,消除揚程曲線駝峰;泵(bèng)葉輪出口與蝸(wō)殼隔(gé)舌的距離,有資料認為該值為(wéi)葉輪外徑(jìng)的十(shí)分之一時,脈動壓力Z小;把葉片(piàn)的出口邊緣做出傾(qīng)角(比如(rú)做成20。左右),來(lái)減小衝擊;保(bǎo)證葉輪與蝸殼之間的(de)間隙;提高泵的工作(zuò)效率(lǜ)。同時,對泵的(de)出(chū)水流(liú)道等相關流道(dào)進行優化設計,減少水力損失引起的振動。合理設計各種(zhǒng)泵的進水段處的(de)吸(xī)入室,以及壓(yā)縮級的機械結構,減少壓力脈衝,可以保證流場穩(wěn)定,提高泵的工作效率,減小能量(liàng)損失,也可(kě)以提高泵的振動動態性能的穩定性。
(2)汽蝕振動是(shì)泵振動很重要的一部分。當泵的入口壓力低於相應水溫下的壓力時,會發生伴(bàn)隨劇烈振動的汽蝕。減小汽蝕(shí)的措施包括:確(què)定水泵的安裝高度時,使裝置的有效汽蝕餘量(liàng)大於泵的Z小裝置汽蝕餘量;適當加大(dà)進(jìn)水管直徑,縮短進水管長度,減少管路附件,過流部分斷麵(miàn)變化率力求Z小,提高管壁的粗(cū)糙度;減少彎(wān)頭數目和加(jiā)大管道轉彎角度;降低水泵的工作轉速;采用抗空化汽(qì)蝕的材料,比如不鏽鋼;進水流道設計要合理,使進人(rén)葉輪的(de)水流速度和壓力分布均勻,避免局部低壓區(qū);提高製造加工質量,避(bì)免因為葉片(piàn)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(de)進口處設置水力增能器,增能器是為了(le)提高泵的吸人壓頭(tóu),從而提高泵裝置汽蝕餘(yú)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。
4 總結
泵振動的誘因包括機械的、水力的(de)和電力的原因。
振(zhèn)動控製綜合反映了機械加工工藝、機械安裝人員的操作水平、泵操作人員的素質、水力設計的水平、各部分材料(liào)性能狀況、監測(cè)儀器的性能。實際工作中,排除振動要(yào)結合經(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據結合起來。很多振動可以通過(guò)提高設計和安裝質量,提高操作水平,加強日常維護予以消除。伴隨著新材料技術的發(fā)展和新工藝的出現(xiàn),以及電子計算機技術(shù)與數值方法和(hé)流體力學基礎理論的進步,加上振動噪聲診斷技術的興(xìng)起和發展,泵的設計、使用、維護水平必將(jiāng)蒸蒸日上,性能也一定會日(rì)趨優化,動態性能也會日趨穩定。
