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漫谈离心泵的振动

更新时间:2023-02-21      点击次数:812

振动:

振动是一种围绕平衡点发生振荡的机械现象。

在泵及其它旋转设备的世界里,均不希望出现不可接受的振动,因为振动不仅浪费资源和能量,而且还会产生不必要的噪音。例如,发动机、电动机或任何运行中的旋转设备的振动运动通常是不需要的。这种振动可能是由旋转部件的不平衡、不均匀的摩擦或齿轮齿的啮合不良引起的。精心的设计通常会最大限度地减少不必要的振动。由于振动共振而产生的力可能非常大。这些力会伤害您的设备,并可能导致严重的事故和损坏。工业传感器系统可以检测一系列的常见问题,包括以下的问题。

不对中:

对中问题会导致设备严重磨损。一旦转子不对中,它就会产生一个径向力,该径向力会传递到转子组件上,在许多情况下,会导致不对中随着时间的推移而变得更严重。如果不加以纠正,由不对中引起的振动和温度变化会导致其它问题,例如密封、联轴器和轴承失效。幸运的是,轴振动分析通常可以在系统故障之前识别出这个问题。

不平衡运行:

在使用材料加工制造的设备中,不平衡是一个常见的问题。当质量在整个旋转机构中分布不一致、引起转子不平衡时,就会导致振动。用于设备振动分析的传感器,可以快速检测不平衡转子振动的明显正弦波形。

松动:

应偶尔目视检查旋转设备是否有在运行过程中松动的零部件。如果安装螺栓松动,设备零部件会出现不必要的移动,导致低频振动。转子组件内的松动零件可能会导致严重的问题 - 可能会造成不平衡或导致轴承卡住。内部零件松动会导致各种振动和过早磨损,这取决于它们的位置及其与其它零部件的相互作用。虽然在这种情况下,振动分析方法会发出问题的信号,但您需要完成目视检查并解决根本原因。

流体不稳定:

许多旋转设备系统包括流体的运动。如果设备没有准确对中和校准,内部流体可能会导致特定类型的振动。这种振动可能是不一致的,并且通常以相对于转子转速的不规则频率发生。分析包含流体系统需要仔细考虑的系统组件 - 密封、泵和压缩机 - 可能会影响流体动力学。

零部件磨损:

轴承和其它运动部件偶尔需要更换。有时,零部件会在其预期的更换日期之前开始失效。旋转机械振动分析可以检测部件在系统中出现滑动、摩擦或不平衡时的早期退化。

离心泵振动:

离心泵是当今使用比较多的旋转机械设备之一。泵在几乎所有公用事业服务和发电厂中都是用到的。据估计,泵消耗了整个行业使用的旋转设备电力的约31%。泵是我们当今地球上生活的重要组成部分。离心泵的基本工作原理是,安装在泵体(或蜗壳)内的轴上的旋转叶轮将能量传递给被移动的流体。离心泵利用离心力(因此得名)来增加流体通过叶轮并从叶轮叶片叶尖或外围流出时的速度。该动作通过将流体加速到更高的速度和压力(势能)而将机械能(轴扭矩)转换为动能。

泵性能

泵遵循基本的性能规律(如相似定律、切割定律。这有助于确定运行参数变化的影响,并有助于确定运行问题的原因。这些基本定律适用于大多数离心泵或泵系统。1  流体流量随叶轮转速或直径的变化而变化。2  扬程随叶轮叶片叶尖速度的平方而变化。3  功率随泵送流体的体积和比重而变化。4  功率随转速或叶轮直径的变化而变化。

使用振动分析检测泵问题:

离心泵受到由其运行速度、系统扬程、压力和管道布置产生的运行力的影响。这些运行力会导致强迫振动,可能来自旋转部件或运行工况(流量、压力、速度和布置)。这种振动会降低泵轴承和其它零部件的预期寿命。

常见泵振动问题概述:

1 汽蚀

汽蚀通常会产生随机的高频宽带能量,有时会与叶片通过频率谐波(倍数)叠加。汽蚀是净正吸入压头(NPSH)不足的症状。当泵送液体流经过流部件的某些局部区域因某些原因、液体的绝对压力降低到泵送温度下液体的饱和蒸汽压力(汽化压力)时,液体便在此处发生汽化,产生蒸汽、形成汽泡;同时,溶解于液体中的气体也会以汽泡的形式析出,在局部区域形成两相流。当汽泡移动到高压区时,汽泡周围的高压液体将会使汽泡迅速凝结缩小、破裂。在汽泡凝结缩小、破裂的瞬间,汽泡周围的液体将高速填充(汽泡凝结破裂形成的)空穴,产生强烈的冲击波。这种产生汽泡和汽泡破裂使过流部件遭到破坏的过程就是泵的汽蚀过程。蒸汽气泡的坍塌可能具有非常大的破坏性,并可能损坏泵和叶轮。当出现汽蚀现象时,听起来就像“弹珠"或“砾石"正在通过泵。只有当泵的必需汽蚀余量(NPSHR)低于装置汽蚀余量(NPSHA)时,才可能避免汽蚀现象的发生。

2 泵流动脉动

泵流动脉动是当泵在其关闭压头附近运行时出现的一种情况。时间波形中的振动将是正弦的。此外,频谱仍将以1X RPM和叶片通过频率为主。然而,这些峰值将是不稳定的,随着流动脉动的发生而增加和减少。泵出口管道上的压力表会上下波动。如果泵出口具有旋启式止回阀,则阀臂和配重将来回反弹,表明流动不稳定。

3 泵轴弯曲

弯曲的轴问题会导致高轴向振动,同一转子上的轴向相位差趋于180°。如果弯曲在轴中心附近,则主要振动通常发生在1X RPM;但如果在联轴器附近弯曲,则主要振动发生在2X RPM。泵轴在联轴器处或附近弯曲更常见。千分表可用于确认轴的弯曲。

4 泵叶轮不平衡

泵叶轮应在泵原始设备制造商(OEM)处进行精确平衡。这一点尤其重要,因为不平衡引起的力会极大地影响泵轴承的寿命(轴承寿命与施加的动载荷立方成反比)。泵可能具有中心悬挂或悬臂式叶轮。如果叶轮是中心悬挂的,则力不平衡通常会超过偶不平衡。在这种情况下,最高振动通常是在径向(水平和垂直)方向上。最高振幅将在泵的运行速度(1X RPM)下。在力不平衡的情况下,水平外侧和内侧相位与垂直相位将大致相同(+/- 30°)。此外,每个泵轴承的水平相位和垂直相位通常相差约90°(+/- 30°)。根据其设计,中心悬挂式叶轮在内侧和外侧轴承上具有平衡的轴向力。轴向振动升高强烈表明泵叶轮被异物阻塞,导致轴向振动通常在运行速度下增加。如果泵具有悬臂式叶轮,这通常会导致轴向和径向1X RPM 过高。轴向读数趋于同相和稳定,而径向相位读数可能不稳定的悬臂转子既有力不平衡,也有偶不平衡,每个都可能需要校正。因此,校正砝码通常必须放置在 2个平面上,以抵消力和偶不平衡。在这种情况下,通常需要拆下泵转子并将其放在平衡机上,以使其平衡到足够的精度,因为在用户现场通常无法接近2个平面。

5 轴不对中

轴不对中是直接驱动泵的一种情况,其中两根连接的轴的中心线不重合。平行不对中是轴中心线平行但彼此偏移的情况,振动频谱通常会显示出1X、2X、3X……高,严重时会出现更高频的谐波,在径向方向上联轴器相位相差180°。角度不对中将显示高的轴向1X,一些2X和3X,在联轴器两端的相位差180°反相。

6 泵轴承问题

非同步频率下的峰值(含谐波)是滚动轴承磨损的症状。泵的轴承寿命短通常是由于应用的轴承选择不当造成的,例如负载过大、润滑不良或高温。如果轴承的型号和制造商已知,则可以确定外圈、内圈、滚动体和保持架的具体故障频率。此类轴承的这些故障频率可在当今大多数预测性维护(PdM) 软件的表格中找到。

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