振动是评价泵机组运行可靠性的重要指标。振动超标的危害主要有:振动导致泵机组不能正常运行;引起电机和管道振动,造成机器损坏和人身伤害;轴承和其他零件损坏;连接部件松动、基础裂缝或电机损坏;与水泵连接的管件或阀门松动或损坏;形成振动噪音。
泵振动的原因有很多。一般泵的转轴与驱动电机的轴直接相连,这样泵的动态性能和电机的动态性能相互干扰;高速旋转部件多,动静平衡能满足要求;与流体相互作用的部件受水流条件的影响很大;流体本身的复杂性也是限制泵动态性能稳定性的一个因素。
1泵振动的原因分析
1.1电机
电机结构松动,轴承定位装置松动,铁芯硅钢片松动,轴承支撑刚度因磨损而下降,会引起振动。质量偏心、转子弯曲或质量分布引起的转子质量分布不均匀造成静动平衡过度。另外,鼠笼式电机转子的鼠笼条断裂,导致转子上的磁场力和转子的旋转惯性力不平衡,产生振动。电机缺相,各相供电不平衡,也会引起振动。电机定子绕组,由于安装过程中的运行质量问题,造成各相绕组间电阻不平衡,导致磁场不均匀,电磁力不平衡,成为激振力,引起振动。
1.2基础和泵支架
驱动装置机架与基础之间的接触固定形式不好,基础与电机系统的吸振、传振、隔振能力差,导致基础和电机振动超标。如果水泵的基础松动,或者水泵机组的弹性基础在安装时形成,或者基础的刚性因浸油水泡而减弱,水泵就会产生另一个相差°的临界转速,从而增加水泵的振动频率。如果增加的频率接近或等于外部因素的频率,水泵的振幅将增加。此外,基础地脚螺栓松动导致约束刚度降低,加剧了电机的振动。
1.3耦合
联接螺栓周向间距差,对称性被破坏;联轴器外伸偏心会产生偏心力;耦合的圆锥度超出公差;联轴器静平衡或动平衡差;弹性销与联轴器的紧配合使弹性销失去弹性调节功能,导致联轴器不能很好地对中;联轴器与轴的配合间隙过大;联轴器皮圈的机械磨损导致联轴器皮圈的配合性能下降;联轴器上使用的传动螺栓的质量各不相同。这些原因会引起振动。
1.4叶轮
①叶轮质量偏心。叶轮制造过程中质量控制不佳,如铸造质量和加工精度不合格;或者输送的液体有腐蚀性,叶轮转轮被侵蚀腐蚀,导致叶轮偏心。②叶片数、出口角、包角、喉舌与叶轮出口边缘的径向距离是否合适等。③在使用中,叶轮环与泵体环之间、级间衬套与隔板衬套之间最初的摩擦会逐渐变成机械摩擦磨损,加剧泵的振动。
1.5传动轴及其辅助零件
长轴的泵容易出现轴刚度不足、挠度过大、轴系直线度差,导致运动部件(传动轴)与静止部件(滑动轴承或轴套)之间产生摩擦,产生振动。此外,泵轴过长,受池中流水冲击影响较大,使泵的水下部分振动加大。轴端平衡盘间隙过大或轴向运转动量调整不当,会导致轴低频运转和轴瓦振动。旋转轴的偏心会导致轴的弯曲振动。
1.6泵的选择和非设计运行
每台泵都有自己的额定工况点,实际工况与设计工况是否一致对泵的动态稳定性有重要影响。泵在设计工况下运行稳定,但在变工况下运行时,由于叶轮产生的径向力,振动增大。单台泵选择不当或两台泵并联,型号不匹配。这些都会引起泵的振动。
1.7轴承和润滑
如果轴承刚度太低,会降低临界转速,引起振动。另外,导向轴承性能差导致耐磨性差,固定性差,轴承间隙过大,容易振动;但是推力轴承和其他滚动轴承的磨损会同时加剧轴的纵向振动和弯曲振动。润滑油选择不当、变质、杂质含量过多、润滑管路不良等都会造成润滑失效,恶化轴承的工作状况,引起振动。电机滑动轴承的油膜自激也会产生振动。
1.8管道及其安装和固定
泵的出水管支架刚性不够,变形过大,导致管道压在泵体上,损害泵体和电机的中性;管道安装时,进出口管道与泵连接时内应力高;进出管线松动,约束刚度下降甚至失效;部分出水流道完全破裂,碎片卡在叶轮内;管道不良,如出水口有气囊;出口阀脱落或打不开;有进气,流场不均匀,压力波动。这些原因会直接或间接地导致泵和管道的振动。
1.9零件之间的协调
电机轴与泵轴同心度超差;电机与传动轴连接处使用联轴器,联轴器同心度超差;动静部分(如叶轮、环)设计间隙磨损变大;中间轴承座与泵缸间隙超标;密封圈间隙不合适,造成不平衡;当密封件周围的间隙不均匀时,如口环没有开槽或隔板没有开槽,就会出现这种情况。这些不利因素都会引起振动。
1.10泵本身的因素
叶轮旋转时产生的不对称压力场;吸水池和进水管的涡流;叶轮、蜗壳和导叶中涡流的产生和消失;半开阀门引起的涡流引起的振动;由于叶轮叶片数量有限,出口压力分布不均匀;叶轮中的流量脱落;汹涌澎湃;通道中的脉动压力;气蚀;水在泵体内流动时,会对泵体产生摩擦和冲击。例如,水冲击挡板舌和导叶的前缘,引起振动;输送高温水的锅炉给水泵容易发生汽蚀振动;泵体内的压力脉动主要是由泵叶轮的密封圈引起的。泵体密封圈间隙过大,导致泄漏损失大,泵体内回流严重,进而导致转子轴向力不平衡,压力脉动,会加剧振动。另外,对于输送热水的泵,如果启动前泵预热不均匀,或者泵滑销系统工作不正常,导致泵组热膨胀,会诱发启动阶段的剧烈振动;如果热膨胀产生的泵体内应力不能释放,将导致轴支撑系统刚度的变化。当改变的刚度是系统角频率的整数倍时,就会发生共振。