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轴承知识

水泵振动原因分析

发布时间:2017-03-21
董奎新
(神华国华孟津发电有限责任公司)
  摘 要:振动是评价水泵机组运行可靠性的一个重要指标。振动超标的危害主要有:振动造成泵机组不能正常运行;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。
  关键词:水泵;振动原因;分析;措施
  一、引起泵振动原因的分析
  1.基础及泵支架
  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,水泵就会产生与振动相位差1800的另一个临界转速,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。
  2.联轴器
  联轴器连接螺栓的周向间距不良,对称陛被破坏;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。
  3.叶轮
  ①叶轮质量偏心。叶轮制造过程中质量控制不好,比如,铸造质量、加工精度不合格威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叶轮的叶片数、出口角、包角、喉部隔舌与叶轮出口边的径向距离是否合适等。③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。
  4.传动轴及其辅助件
  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(传动轴静件(滑动轴承或口环)之间碰摩,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。轴端的平衡盘问隙过大,或者轴向的工作窜动量调整不当,会造成轴低频窜动,导致轴瓦振动。旋转轴的偏心,会导致轴的弯曲振动。
  5.泵的选型和变工况运行
  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。
  6.轴承及润滑
  轴承的刚度太低,会造成第一临界转速降低,引起振动。另外,导轴承陛能闭不良导致耐磨性差,固定不好,轴瓦间隙过大,也容易造成振动;而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。电动机滑动轴承油膜的自激也会产生振动。
  二、减轻振动的措施
  1.从设计制造环节消除振动
  1)轴的设计。增加传动轴支撑轴承的数目,减小支撑间距,在适当范围内减小轴长,适当加大轴的直径,增加轴的刚度;当泵轴转速逐渐增加并接近或整数倍于泵转子的固有振动频率时,泵就会猛烈振动起来,所以在设计时,应使传动轴的固有频率避开电机转子角频率,提高轴的制造质量,防止质量偏心和过大的形位公差。
  2)滑动轴承的选择。采用无须润滑的滑动轴承,滑动轴承材料应采用具有良好自润滑性能的材料,导流衬套选择填充聚四氟乙烯、石墨和铜粉的材质,并合理设计其结构,使滑动轴承的固定可靠卅轮密封环和泵体密封环处采用摩擦因数小的摩擦副,限制最高转速;提高轴瓦承载能力及轴承座的刚度。
  2.水泵的水力设计注意事项
  1)合理地设计水泵叶轮及流道,使叶轮内少发生汽蚀和脱流;合理选择叶片数、叶片出口角、叶片宽度、叶片出口排挤系数等参数,消除扬程曲线驼峰;泵叶轮出口与蜗壳隔舌的距离,有资料认为该值为叶轮外径的十分之一时,脉动压力最小;把叶片的出口边缘做出倾角,来减小冲击;保证叶轮与蜗壳之间的间隙;提高泵的工作效率。同时,对泵的出水流道等相关流道进行优化设计,减少水力损失引起的振动。合理设计各种泵的进水段处的吸入室,以及压缩级的机械结构,减少压力脉冲,可以保证流场稳定,提高泵的工作效率,减小能量损失,也可以提高泵的振动动态性能的稳定性。
  2)基础的设计。基础的重量应为泵和电机等机械重量总合的三倍以上;盛水池的基础应具有相当的强度;电机支架与基础最好做成一体或做成面接触;在泵和支架之间设置隔振垫或隔振器。另外,在管路之间采用减振材料连接,减少管路布置,可以消除弹性接触和水力损失带来的振动。
  3.从安装和维护过程消除振动
  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;检查与导轴承接触的传动轴,是否因弯曲而摩擦轴瓦或衬套而使自己受激力如果监测表明,轴实际上已经弯曲了,则矫正泵轴。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。
  2)叶轮。动、静平衡是否合格。
  3)联轴器。螺栓间距是否良好;陛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)滑动轴承。间隙值是否符合标准;各处润滑是否良好,提高泵的轴瓦检修工艺水平,严格遵循先刮瓦、后研磨、再刮瓦的循环程序,保证轴瓦与轴颈的接触面积达到规定的标准:①泵轴颈与轴承间隙值,通过更换前后轴承、研磨、刮瓦、调整等手段达到合格。②泵轴承体与轴承箱球面顶间隙值合格。③泵轴轴承下瓦和泵轴轴颈接触点及接触角度:标准规定下瓦背与轴承座接触面积应在60%以上,轴颈处滑动接触面上的接触点密度保持在每平方厘米2-4个点,接触角度保持在60°-90°。
  4.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;对于长轴液下离心泵,因为轴系存在着扭转振动,若使用的有推力瓦,则受损伤的主要是推力瓦,这时可以适当提高润滑油的粘度,防止液体动压润滑膜的破坏。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。
  四、结论
  泵振动的诱因包括机械的、水力的和电力的原因。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、水力设计软件的功能、各部分材料性能状况、监测仪器的性能。实际工作中,排除振动要结合经
验和理论分析,将振动机理分析和实际检测仪器得到的数据结合起来。很多振动可以通过提高设计和安装质量,提高操作水平,加强日常维护予以消除。伴随着新材料技术的发展和新工艺的出现,以及电子计算机技术与数值方法和流体力学基础理论的进步,加上振动噪声诊断技术的兴起和发展,水泵的设计、使用、维护水平必将蒸蒸日上,性能也一定会日趋优化,动态性能也会日趋稳定。
来源:《中国科技博览》2014年37期

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