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發(fā)表于 2012-4-6 00:04:14
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針對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;保證泵的實際運行工況點與泵的設計工況點吻合;保證加工精度與設計精度的一致性;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,。
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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。
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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;流體運動本身的復雜性,,也是限制泵動態(tài)性能穩(wěn)定性的一個因素。& W2 q/ ]7 p4 a0 }
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1對引起泵振動原因的分析( W& h: f4 w1 x" I
- c1 `! [ k2 p. K0 U 1.1電機7 u: S9 }; A- ~/ Q
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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,。
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1.2基礎(chǔ)及泵支架! O( p7 n7 G% l& n9 m# E: q
q9 o6 L$ A* t/ } 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,導致約束剛度降低,,會使電機的振動加劇,。
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' ]! A/ H1 Z, { 1.3聯(lián)軸器
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# a5 E6 h- h) G/ r8 O4 a 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,。
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1.4葉輪4 `+ y( g B$ I/ Z
( I' s! H! h4 T0 y �,、偃~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,,導致葉輪產(chǎn)生偏心。
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�,、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,。# h: B; V+ c' a9 U- l1 k" u
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③使用中葉輪口環(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。
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1.5傳動軸及其輔助件
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- t( B, m, f: c P) k$ l. e 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,,會造成軸低頻竄動,導致軸瓦振動,。旋轉(zhuǎn)軸的偏心,,會導致軸的彎曲振動。2 T+ |8 e( H- C
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1.6泵的選型和變工況運行7 r5 {) l7 D7 j8 z1 N- M K/ n) g
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每臺泵都有自己的額定工況點,,實際的運行工況與設計工況是否符合,,對泵的動力學穩(wěn)定性有重要的影響。水泵在設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,,或是兩種型號不匹配的泵并聯(lián),。這些都會造成泵的振動。$ Y$ p0 x/ z: B. `
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1.7軸承及潤滑
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; c% V. i- \$ e# v8 k2 T# C 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,,導軸承性能閉不良導致耐磨性差,固定不好,,軸瓦間隙過大,也容易造成振動;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、變質(zhì),、雜質(zhì)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,。
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- W {( F, c1 ]! v* T' y$ k7 G 1.8管道及其安裝固定
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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致泵和管路的振動,。; `& z# C4 E4 \- G
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1.9零部件間的配合
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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,。" ]- d& s0 Z3 W4 Z7 i2 ^2 \
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1.10水泵自身的因素4 W' Z% H- G: E! n d0 \
0 ~8 J* C; |+ U* t; U 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)應力不能釋放,則會引起轉(zhuǎn)軸支撐系統(tǒng)剛度的變化,,當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。
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2減輕振動的措施
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2.1從設計制造環(huán)節(jié)消除振動
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2.1.1機械結(jié)構(gòu)設計方面注意的問題- V- O. @! P5 e, K: ?2 b
, `; @" o6 u9 f4 h4 b& }; m1 B 1)軸的設計,。增加傳動軸支撐軸承的數(shù)目,,減小支撐間距,在適當范圍內(nèi)減小軸長,適當加大軸的直徑,,增加軸的剛度;當泵軸轉(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,,所以在設計時,,應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。; @7 _. j1 H) t7 U& a
# k5 B! C9 M/ ~3 V 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。
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3 b/ k- Z; x& O g' y2 J 3)使用應力釋放系統(tǒng),。對于輸送熱水的泵,,設計時,應使由泵體變形而引起的連接件之間的結(jié)構(gòu)應力得以釋放,,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。
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2.12水泵的水力設計注意事項" h i9 @# {% F* {& s) P; I
& ]3 u* D; s# n9 r! d 1)合理地設計水泵葉輪及流道,,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)化設計,減少水力損失引起的振動,。合理設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,。
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% p5 }- g8 H' A) [' K% n 2)汽蝕振動是泵振動的很重要的一部分。當泵的人口壓力低于相應水溫下的和壓力時,,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。' N& W8 s+ R$ g# ]) w; {
$ s( O# l9 [ S/ J2 @ 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,同時還應當在泵人口前有一段直管,,直管長度不小于管路直徑的10倍,。
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# v8 e/ j8 |6 x) e# n 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,。
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% `7 O. |* d8 O4 a& g 3)基礎(chǔ)的設計�,;A(chǔ)的重量應為泵和電機等機械重量總合的三倍以上;盛水池的基礎(chǔ)應具有相當?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。. D0 x: Q0 m# s. q0 g2 m
4 |4 U+ O+ j% u0 x 2.2從安裝和維護過程消除振動
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& Q5 [: v: Y2 |2 [- e 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,。
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2)葉輪,。動、靜平衡是否合格,。
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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。
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- V8 q l; Z9 k5 M5 o- Z9 G 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:2 B9 U5 \; Z) D7 F/ {6 u' f
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①泵軸頸與軸承間隙值,,通過更換前后軸承,、研磨、刮瓦,、調(diào)整等手段達到合格,。' u3 @; j, J' x. M# a
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②泵軸承體與軸承箱球面頂間隙值合格,。③泵軸軸承下瓦
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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”,。) I, V$ V& f& A, z+ S
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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,。/ L" e3 c( d4 T$ z
% N" G! h+ |1 h/ s2 X X 6)間隙和易損件,。保證電機軸承間隙合適;適當調(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。
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2.3消除由于泵的選型和操作不當引起的振動
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' i! f* L) l, ? V" U _ 兩泵并聯(lián)應保證泵性能相同,。泵性能曲線應為緩降型為好,,不能有駝峰。使用時要注意:消除導致水泵超載的因素,,比如流道堵塞;適當延長泵的啟時間,,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,,啟動過程中應加足預潤滑水,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),。! b" A3 v. j$ ~! J7 v$ K5 \: T8 l
2 x; Y4 k, R; u5 k+ J& u' U0 p 3結(jié)論5 V' i& T: h0 ?; D' \
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泵振動的誘因包括機械的,、水力的和電力的原因。8 t' d V. [, A2 G1 u3 m
_% A, V/ j K 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),,以及電子計算機技術(shù)與數(shù)值方法和流體力學基礎(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,。
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