离心泵的振动原因及处理措施

自吸式水泵内部结构 运行原理 及常见故障解决方法 概述 离心水泵在正常运行时 整个机组应平稳 声音应当正常 振动是评价水泵机组运行可靠性的一个重要指标 一 振动超标的危害主要有 造成机组不能正常运行 引发电机和管路的振动 造成机毁人伤 造成轴承等零部件的损坏 造成连接部件松动 基础裂纹或电机损坏 造成与水泵连接的管件或阀门松动 损坏 形成振动噪声 如果机组有杂音或异常振动 则往往是水泵故障的先兆 应立即停机检查 排除隐患 二 水泵机组振动的原因很复杂 从引发振动的起因看主要原因有 1 电机结构件松动 轴承定位装置松动 铁芯硅钢片过松 轴承因磨损而导致支撑刚度下降 会引起振动 2 驱动装置架与基础之间采用的接触固定形式不好 基础和电机系统吸收 传递 隔离振动能力差 导致基础和电机的振动都超标 水泵基础松动 或者水泵机组在安装过程中形成弹性基础 或者由于油浸水泡造成基础刚度减弱 从而使水泵振动频率增加 如果增加的频率与某一外在因素频率接近或相等 就会使水泵的振幅加大 另外 基础地脚螺栓松动 导致约束刚度降低 会使电机的振动加剧 3 联轴器连接螺栓的周向间距不良 对称性被破坏 联轴器加长节偏心 将会产生偏心力 联轴器锥面度超差 联轴器静平衡或动平衡不好 弹性销和联轴器的配合过紧 使弹性柱销失去弹性调节功能造成联轴器不能很好地对中 联轴器与轴的配合间隙太大 联轴器胶圈的机械磨损导致的联轴器胶圈配合性能下降 联轴器上使用的传动螺栓质量互相不等 这些原因都会造成振动 4 叶轮是泵的最主要的部件 它将原动机输入的机械能传递给液体 使液体的能量得到提高 叶轮一般由前盖板 后盖板 叶片及轮毂组成 液体由叶轮中心进入 流经前 后盖板间由各叶片形成的通道 由轮缘排出 其失效形式主要表现在 1 叶轮偏心 叶轮制造过程中质量控制不好 比如 铸造质量 加工精度不合格 或者输送的液体带有腐蚀性 叶轮流道受到冲刷腐蚀 导致叶轮产生偏心 2 使用中叶轮口环与泵体口环之间 级间衬套与隔板衬套之间 由最初的碰摩 逐渐变成机械摩擦磨损 这些将会加剧泵的振动 5 轴很长的泵 易发生轴刚度不足 挠度太大 轴系直线度差的情况 造成动件 传动轴 与静件 滑动轴承或口环 间碰摩 形成振动 另外 泵轴太长 受水池中流动水冲击的影响较大 使泵水下部分的振动加大 轴端的平衡盘间隙过大 或者轴向的工作串动量调整不当 会造成轴低频窜动 导致轴瓦振动 旋转轴的偏心 会导致轴弯曲振动 6 每台泵都有自己的额定工况点 实际的运行工况与设计工况是否符合 对泵的动力学稳定性有重要的影响 水泵在设计工况下运行比较稳定 但在变工况下运行时 由于叶轮中产生径向力的作用 振动有所加大 单泵选型不当 或是两种型号不匹配的泵并联 这些都会造成泵的振动 7 轴承的刚度太低 引起振动 推力轴承和其他的滚动轴承的磨损 则会使轴的纵向窜动振动以及弯曲振动同时加剧 润滑油选型不当 变质 杂质含量超标及润滑管道不畅而导致的润滑故障 都会造成轴承工况恶化 引发振动 8 泵的出口管道支架刚度不够 变形太大 造成管道下压在泵体上 使得泵体和电机的对中性破坏 管道在安装过程中较劲太大 进出口管路与泵连接时内应力大 进 出口管线松动 约束刚度下降甚至失效 杂物卡入叶轮 管路不畅 出水口不畅 出水阀门掉板 或没有开启 进水口有进气等 这些原因都会直接或者间接地导致泵和管路的振动 9 电机轴和泵轴同心度超差 电机和传动轴的连接处使用了联轴器 联轴器同心度超差 动 静零部件之间 如叶轮和口环之间 的设计间隙由于磨损变大 轴承支架与泵体间隙超标 轴承内圈与泵轴间隙超标 俗称轴承跑外圈 跑内圈子 这些不利因素都能造成振动 10 汽蚀振动是泵振动的很重要的一部分 水泵叶轮中心产生真空 水才能被大气压压上来 水泵离下水面越高 需要的真空度就越大 当水泵叶轮中心的真空度大到一定程度时 虽在常温下 叶轮进口处的水也要大量的汽化 气泡随水逐渐进入高压区 压力升高气泡又凝结成水而消失 气泡消失时 四周的水以高速来补充它的空间 而发生猛烈的碰撞 在这瞬时间就产生了很强的水锤现象 打击叶片表面 使叶片一小块一小块的剥落损坏 另外 液化中逸出的氧气借助气泡凝结时放出的热量对金属起化学腐蚀作用 这种泵内反复出现液体的汽化和凝结 以致对过流部件损坏的现象称为汽蚀现象 汽蚀发生后 由于反复地机械撞击作用和化学腐蚀作用 使叶轮受到破坏 流量扬程下降 甚至不出水 使水泵产生噪音和振动 若汽蚀引起振动的频率与设备的自然频率相等时 就会引起强烈振动 11 叶轮旋转时产生的非对称压力场 吸水池和进水管涡流 叶轮内部以及蜗壳 导流叶片漩涡的发生及消失 阀门半开造成漩涡而产生的振动 由于叶轮叶片数有限而导致的出口压力分布不均 叶轮内的脱流 喘振 流道内的脉动压力 汽蚀 水在泵体中流动 对泵体会有摩擦和冲击 比如水流撞击隔舌和导流叶片的前缘 造成振动 输送高温水的锅炉给水泵易发生汽蚀振动 泵体内压力脉动 主要是泵叶轮密封环 泵体密封环的间隙过大 造成泵体内泄漏损失大 回流严重 进而造成转子轴向力的不平衡和压力脉动 会增强振动 另外 对于输送热水的泵 如果启动前泵的预热不均 或者水泵滑动销轴系统的工作不正常 造成泵组的热膨胀 会诱发启动阶段的剧烈振动 泵体来自热膨胀等方面的内应力不能释放 则会引起转轴支撑系统刚度的变化 当变化后的刚度与系统角频率成整倍数关系时 就发生共振 三 减轻振动要从安装和维护过程着手1 轴和轴系 安装前检查水泵轴 电机轴 传动轴有没有弯曲变形 质量偏心的情况 若有 则必须矫正或者进一步加工 同时 检查轴的端间隙值 若该值过大 则表明轴承已磨损 需更换轴承 其次 要检查轴的几个主要技术指标 直径精度和几何形状精度 相互位置精度 表面粗糙度等是否符合设计要求 2 叶轮 叶轮不平衡主要由于体内质量分布不均匀引起 转子回转时 由于构件结构不对称 材质不均匀 制造不准确等原因 质心偏离回转轴线 安装水泵时 必须作叶轮的动 静平衡试验 只有叶轮动 静平衡符合要求才可装配3 联轴器 螺栓间距是否良好 弹性柱销和弹性套圈结合不能过紧 联轴器内孔与轴的配合是否过松 若太松 可采用诸如喷涂的方法来减小联轴器内径直至其达到过渡配合所要求的尺寸 而后将联轴器固定在轴上 4 轴承 装配轴承时 要保持合理的轴承游隙 对于轴承部件的工作性能和寿命有重要意义 滚动轴承在较大间隙的状态下工作 会使载荷集中作用在处于受力方向上的少数几个滚动体上 使滚动体的内环滚道 外环滚道接触处应力集中 从而降低刚度和寿命 当轴承有较大的径向间隙和轴向间隙 还会发生主轴中心线的漂移和轴向窜动 不但影响加工精度 而且会产生振动 把轴承间隙调整到零时 滚动体受力较均匀 但此时刚度并不高 当把轴承间隙调到产生一定过盈时 滚动体和内环滚道 外环滚道接触处产生一定的弹性变形 它们之间的接触面积增大 各滚动体的受力更均匀 刚度增加 5 间隙和易损件 保证电机轴承间隙合适定期检查 更换叶轮口环 泵体口环 等易磨损零件 6 减小汽蚀的影响 汽蚀对泵的工作很不利 因此必须高度重视防止汽蚀的发生或设法削弱汽蚀对泵工作的影响 只要保证泵内低压区的压力不低于液体的温度所对应的汽化压力 就可防止泵内出现汽蚀现象 主要措施有 1 正确确定泵的安装高度 中小型卧式离心泵的几何安装高度是指泵轴中心线至吸液池液面的垂直距离 立式离心泵的安装高度是指叶轮进口边中心线至吸液池液面的垂直距离 对于大型泵则应以叶轮入口边最高点来决定几何安装高度 2 尽量提高泵进口的压力 使泵内低压区的压力高于汽化压力 减少吸入管道的阻力 3 增大叶轮进口面积 降低流速 如 增大叶轮进口直径 进口宽度或采用双吸叶轮等 以降低泵内能量损失 使泵内压力最低处的压力高于汽化压力 4 采用抗汽蚀材料 在受到使用条件的限制 不可能完全避免发生气蚀时 泵的叶轮应采用抗气蚀性能好的材料 以延长叶轮的使用寿命 强度高 韧性好 硬度高 化学稳定性好的材料抗气蚀性能好 如含铬的不锈钢 铝青铜 铝铁青铜等材料抗汽蚀的性能都较好 5 注意不得使泵在流量过大或过小 不得小于泵额定流量的35 的情况下运行 转速不得超过定额转速 若吸水管上装有阀门 不得用阀门调节流量 防止汽蚀的发生 为了保证吸水管或压水管内无空气积存 吸水管的任何部分都不能高过水泵的进口 7 合理安装管道 减少振动源 1 连接要牢固并有支撑 不漏水 不进气 2 要适当加大进水管直径 最好使进水管直径比泵进口大 用渐变管连接 缩短进水管长度 减少管路附件 提高管壁的粗糙度 减少弯头数目和加大管道转弯角度 进水流道设计要合理 力求平滑 使进入叶轮的水流速度和压力分布均匀 整个进水管路不得有凸起之处 3 在泵进水口 不宜装弯管 以防流速不匀影响抽水效率 特别是双吸泵 双面进水不匀会产生轴向力 最好在吸水口前装一段相当于水管直径的三倍长度的直管或锥管 4 出水管路要固定牢 或支撑好 出水管口应尽量埋在水面以下 出水管及附件尽量减少 8 消除由于泵的选型和操作不当引起的振动 两泵并联应保证泵性能相同 泵性能曲线应为缓降型为好 不能有驼峰 使用时要注意 消除导致水泵超载的因素 比如流道堵塞 适当延长泵的启时间 减小对传动轴的扰动 减小转动部件和静止零件之间的碰撞和摩擦 以及由此引起的热变形 对于水润滑的滑动轴承 启动过程中应加足预润滑水 避免干启动 直至水泵出水后再停止注水 定期向需要注油的轴承适量注油 最后 为了防止泵的振幅过大 还可以使用测量分析振动状况来确定水泵的最佳工作参数 9 采用先进仪器 加强日常监测维护 认真对比各项参数 从中发现细微变化 做到提前发现问题 认真查找原因 制定具体消除措施 使各种隐患消除在萌芽状态 让设备始终在正常状态下运行 四 结论 综合以上分析 振动控制综合反映了机械加工工艺 机械安装人员的操作水平 水泵操作人员的素质 水力设计软