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淺析離心泵振動(dòng)的原因

發(fā)表日期:2021-12-10     點(diǎn)擊次數(shù): 1550   

軸承原因引發(fā)的振動(dòng)

軸承是機(jī)泵設(shè)備的重要部件,在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中一直處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài),起著連接固定件與轉(zhuǎn) 動(dòng)件的作用。軸承潤(rùn)滑油選型不當(dāng)、變質(zhì)、雜質(zhì)含量超標(biāo)及潤(rùn)滑管路不暢導(dǎo)致的潤(rùn)滑故障,會(huì)造成軸承工況惡化,引起振動(dòng);軸承安裝或冷卻方式不當(dāng),會(huì)影響軸承游隙,誘發(fā)機(jī)組振動(dòng)。

機(jī)座基礎(chǔ)強(qiáng)度不足引起的振動(dòng)

在化工流程泵中,連接管路一般都是鋼制管路,其產(chǎn)生的應(yīng)力都會(huì)作用在泵的基礎(chǔ)上,如果 機(jī)座的基礎(chǔ)強(qiáng)度不夠,當(dāng)支撐基礎(chǔ)的固有頻率接近機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速時(shí),會(huì)產(chǎn)生基礎(chǔ)共振,引起泵機(jī)組振動(dòng)。此外,通常情況下泵座與底板之間采用螺栓連接,螺栓的強(qiáng)度不夠或者螺栓松動(dòng),也會(huì)引起振動(dòng)。

影響離心泵安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素分析——本文分別從偏工況運(yùn)行、葉輪與蝸殼的匹配關(guān)系、轉(zhuǎn)子平衡、軸系結(jié)構(gòu)和機(jī)座基礎(chǔ)強(qiáng)度等方面入手,對(duì)離心泵振動(dòng)超標(biāo)的原因進(jìn)行分析,并提出了相應(yīng)的防治措施。

泵作為一種重要的能量轉(zhuǎn)換裝置和流體輸送設(shè)備,廣泛應(yīng)用于航空航天、核電站、城市供水、石油化工和船舶等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。在一些重要場(chǎng)合,泵機(jī)組出現(xiàn)故障后,會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。由泵振動(dòng)超標(biāo)引發(fā)的故障在其中占了很大的比重,已成為影響離心泵安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。

振動(dòng)級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

在實(shí)際工程應(yīng)用中,離心泵振動(dòng)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)主要采用GB/T29531。近年來(lái),隨著API610的適用性擴(kuò)大,各化工設(shè)計(jì)院多采用此標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)離心泵振動(dòng)的要求來(lái)考核供應(yīng)商,其具體要求如表1所示。

1.大流量工況下對(duì)泵振動(dòng)的影響

在裝置特性曲線HZ-Q不變的情況下,泵的運(yùn)行工況點(diǎn)在M點(diǎn),流量為QM,揚(yáng)程為HM。當(dāng)期望揚(yáng)程增加到HA時(shí),泵的特性曲線上移成H1-Q1時(shí),工況點(diǎn)也從M點(diǎn)變成B點(diǎn),此時(shí)工況點(diǎn)流量變成QB,揚(yáng)程變成HB,此時(shí)流量和揚(yáng)程分別增加了ΔQ1和ΔH1。泵的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)偏移到大流量點(diǎn),泵內(nèi)流速增加,流阻損失也隨之增加,造成泵體內(nèi)部流動(dòng)不穩(wěn)定,容易引起進(jìn)口管路中的壓力脈動(dòng),引發(fā)振動(dòng)。此外,還可能發(fā)生電機(jī)超載,導(dǎo)致泵壽命縮短。

2.小流量工況下對(duì)泵振動(dòng)的影響

當(dāng)揚(yáng)程降低到HC時(shí),泵的特性曲線降為H2-Q2時(shí),工況點(diǎn)也從M點(diǎn)變成D點(diǎn),此時(shí)工況點(diǎn)流量變成QD,揚(yáng)程變成HD,此時(shí)流量和揚(yáng)程分別減小了ΔQ2和ΔH2。長(zhǎng)時(shí)間在小流量點(diǎn)運(yùn)行,流速降低,介質(zhì)在進(jìn)口管路和葉輪進(jìn)口處產(chǎn)生回流和預(yù)旋,導(dǎo)致泵的出口壓力出現(xiàn)有規(guī)律的周期性變化的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為喘振,會(huì)導(dǎo)致泵的振動(dòng)明顯增大。

葉片與蝸殼間隙對(duì)泵振動(dòng)的影響

葉輪葉片與蝸殼之間的徑向間隙值過(guò)小也可能是引起振動(dòng)超標(biāo)的主要原因之一。國(guó)外將這種 現(xiàn)象稱為“葉片流道綜合征(Vane passing syndrome)”。當(dāng)介質(zhì)流過(guò)該小通道時(shí),液體的流速升高,液體壓力下降,當(dāng)液體壓力降低至汽化壓力以下時(shí),液體發(fā)生局部汽化,產(chǎn)生氣泡,氣泡在高壓下破裂,導(dǎo)致喉部發(fā)生汽蝕,引起泵的振動(dòng)。

轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)

當(dāng)泵機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子總是圍繞自己重心所在的軸線旋轉(zhuǎn),當(dāng)轉(zhuǎn)子重心和回轉(zhuǎn)中心不重合時(shí),就會(huì)產(chǎn)生偏心質(zhì)量。在高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中,即使是很小的質(zhì)量偏心,也會(huì)產(chǎn)生很大的偏心力,該偏心力作用于支撐軸承上,誘發(fā)軸承部位的振動(dòng)。此外,轉(zhuǎn)子不平衡還會(huì)造成口環(huán)間磨損加劇,使得口環(huán)間隙增大,葉輪出口處的高壓液體經(jīng)過(guò)間隙,回流到泵進(jìn)口的低壓區(qū),造成葉輪進(jìn)口處介質(zhì)流態(tài)穩(wěn)定性變差,引起振動(dòng)。

泵軸的剛性不足引起的振動(dòng)

泵軸的作用是傳遞動(dòng)力,支撐并帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。泵軸的剛性不足,會(huì)導(dǎo)致其臨界轉(zhuǎn)速降低, 當(dāng)臨界轉(zhuǎn)速數(shù)值等于轉(zhuǎn)子固有頻率的轉(zhuǎn)速時(shí),在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生共振,并且軸的彎曲度明顯增大,致使轉(zhuǎn)子重心與回轉(zhuǎn)中心不重合,引發(fā)振動(dòng)。

機(jī)組同軸度不良產(chǎn)生振動(dòng)

電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器將動(dòng)力傳入泵轉(zhuǎn)子部件上帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。在裝配過(guò)程中對(duì)電機(jī)和泵的同軸度有 嚴(yán)格的精度要求,軸與電機(jī)聯(lián)軸器安裝止口配合間隙過(guò)大,導(dǎo)致電機(jī)軸與泵軸不對(duì)中,會(huì)破壞聯(lián)軸器工作的平衡狀態(tài),引起機(jī)組振動(dòng)。

防治措施

1.API610中規(guī)定,最佳效率點(diǎn)流量的70%~120%為泵的允許工作區(qū),在泵選型過(guò)程中,嚴(yán)格參照泵的性能曲線進(jìn)行選型,使泵的工況點(diǎn)盡量處于最優(yōu)工況區(qū),避免選型不當(dāng)造成泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中因長(zhǎng)時(shí)間偏工況運(yùn)行引起的振動(dòng);當(dāng)用戶現(xiàn)場(chǎng)的工況發(fā)生改變時(shí),通過(guò)切割葉輪外徑(圖2)改變泵特性曲線,在泵的出口管路安裝調(diào)節(jié)閥(圖3)改變裝置特性曲線等方法,調(diào)節(jié)泵的工況點(diǎn)。

2.泵體蝸室多為螺旋形壓出室,隔舌與葉輪出口的徑向間隙是影響振動(dòng)特征的一個(gè)重要參數(shù)。葉輪與隔舌間隙δ的計(jì)算公式如下:

其中D'2—切割后葉輪直徑mm;

D3—壓水室基圓直徑mm。

隨著徑向間隙的增加,泵內(nèi)的壓力脈動(dòng)幅值先急劇下降,至脈動(dòng)幅值的4%后緩慢降低。但是由于間隙過(guò)大會(huì)使泵效率下降,因此需要通過(guò)計(jì)算分析,尋找一個(gè)較優(yōu)的間隙值區(qū)間,在泵的效率損失不大的條件下,保證壓力脈動(dòng)幅值的降低,減小振動(dòng)。

3.為防止因泵軸彎曲造成的轉(zhuǎn)子不平衡,在機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)運(yùn)行的情況下定期盤(pán)車檢查,每次將軸沿同一方向旋轉(zhuǎn)120?;此外由于葉輪的鑄造、加工制造等誤差,也會(huì)造成轉(zhuǎn)子不平衡量增大,為防止葉輪不平衡量過(guò)大產(chǎn)生振動(dòng),對(duì)泵的轉(zhuǎn)子部件按GB/T9239.1 G2.5級(jí)做動(dòng)平衡試驗(yàn),通過(guò)切削葉輪的前后蓋板達(dá)到平衡葉輪的目的,切削量不得超過(guò)蓋板厚度的1/3。

4.轉(zhuǎn)子剛性對(duì)于防治振動(dòng)和提高泵的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性非常重要,其中很重要的一點(diǎn)是提高軸的剛 性。為此,西安泵閥總廠有限公司專門(mén)申請(qǐng)了一項(xiàng)專利—提高懸臂式離心泵轉(zhuǎn)子剛性的結(jié)構(gòu)(如圖4)。通過(guò)該專利的實(shí)施,軸的剛性至少可以提高20%以上。同時(shí)也解決了傳統(tǒng)懸臂式離心泵由于軸系剛性差導(dǎo)致的軸封壽命短,甚至出現(xiàn)共振現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)造成破壞性事故的問(wèn)題。

API610 2010版的資料性附錄K中軸系的對(duì)撓性指數(shù)ISF用公式(2)定義為

5.定期檢查軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是否良好,及時(shí)更換有損傷的軸承;合理的選擇潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法,定期更換潤(rùn)滑劑改善軸承密封裝置,避免因潤(rùn)滑不當(dāng)造成軸承損壞,進(jìn)而引發(fā)振動(dòng);軸承的冷卻應(yīng)該采用冷卻油池而不是冷卻軸承外環(huán),冷卻軸承外環(huán)會(huì)減小軸承的內(nèi)間隙,導(dǎo)致軸承故障。

6.采用聯(lián)合焊接底座的形式(如圖5)以提高底座的強(qiáng)度,底座的結(jié)構(gòu)尺寸滿足API610附錄D中標(biāo)準(zhǔn)底座的尺寸。與API標(biāo)準(zhǔn)底座相比,機(jī)座基礎(chǔ)由原來(lái)的泵座、底座分離式結(jié)構(gòu)優(yōu)化成整體式結(jié)構(gòu),避免因連接螺栓強(qiáng)度不足導(dǎo)致的振動(dòng)。

7.調(diào)整機(jī)組的同軸度,用千分尺測(cè)量聯(lián)軸器的軸向和徑向跳動(dòng)。軸向最大允差控制在0.05mm的范圍內(nèi),徑向最大允差控制在0.1mm的范圍內(nèi)。此外,聯(lián)軸器端面之間應(yīng)留有所要求的間隙以保證兩軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中做限定的軸向移動(dòng)。

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