針對水泵機組的各部件存在的振動,分析了產生振動的原因。
從水泵的水力、機械結構設計,到泵的安裝、運行、維護等方面幾提出了減輕泵振動的措施。
結果表明,保證泵零部件結構尺寸、精度與泵的無過載性能等水力特性相適應;保證泵的實際運行工況點與泵的設計工況點吻合;保證加工精度與設計精度的一致性;保證零部件安裝質量與其運行要求的一致性;保證檢修質量與零部件磨損規(guī)律的一致性,可以減輕泵的振動。
振動是評價水泵機組運行可靠性的一個重要指標。振動超標的危害主要有:振動造成泵機組不能正常運行;引發(fā)電機和管路的振動,造成機毀人傷;造成軸承等零部件的損壞;造成連接部件松動,基礎裂紋或電機損壞;造成與水泵連接的管件或閥門松動、損壞;形成振動噪聲。
引起水泵振動的原因是多方面的。泵的轉軸一般與驅動電機軸直接相連,使得泵的動態(tài)性能和電機的動態(tài)性能相互干涉;高速旋轉部件多,動、靜平衡沐能滿足要求;與流體作用的部件受水流狀況影響較大;流體運動本身的復雜性,也是限制泵動態(tài)性能穩(wěn)定性的一個因素! 1對引起泵振動原因的分析 1.1電機 電機結構件松動,軸承定位裝置松動,鐵芯硅鋼片過松,軸承因磨損而導致支撐剛度下降,會引起振動。
質量偏心,轉子彎曲或質量分布問題導致的轉子質量分布不均,造成靜、動平衡量超標川。另外,鼠籠式電動機轉子的鼠籠籠條有斷裂,造成轉子所受的磁場力和轉子的旋轉慣性力不平衡而引起振動,電機缺相,各相電源不平衡等原因也能引起振動。電機定子繞組,由于安裝工序的操作質量問題,造成各相繞組之間的電阻不平衡,因而導致產生的磁場不均勻,產生了不平衡的電磁力,這種電磁力成為激振力引發(fā)振動。
1.2基礎及泵支架 驅動裝置架與基礎之間采用的接觸固定形式不好,基礎和電機系統(tǒng)吸收、傳遞、隔離振動能力差,導致基礎和電機的振動都超標。水泵基礎松動,或者水泵機組在安裝過程中形成彈性基礎,或者由于油浸水泡造成基礎剛度減弱,水泵就會產生與振動相位差1800的另一個臨界轉速,從而使水泵振動頻率增加,如果增加的頻率與某一外在因素頻率接近或相等,就會使水泵的振幅加大。另外,基礎地腳螺栓松動,導致約束剛度降低,會使電機的振動加劇。
1.3聯(lián)軸器 聯(lián)軸器連接螺栓的周向間距不良,對稱性被破壞;聯(lián)軸器加長節(jié)偏心,將會產生偏心力;聯(lián)軸器錐面度超差;聯(lián)軸器靜平衡或動平衡不好;彈性銷和聯(lián)軸器的配合過緊,使彈性柱銷失去彈性調節(jié)功能造成聯(lián)軸器不能很好地對中;聯(lián)軸器與軸的配合間隙太大;聯(lián)軸器膠圈的機械磨損導致的聯(lián)軸器膠圈配合性能下降;聯(lián)軸器上使用的傳動螺栓質量互相不等。這些原因都會造成振動。 1.4離心泵葉輪 。
①離心泵的葉輪質量偏心。葉輪制造過程中質量控制不好,比如,鑄造質量、加工精度不合格;或者輸送的液體帶有腐蝕性,葉輪流道受到沖刷腐蝕,導致葉輪產生偏心。
②離心泵葉輪的葉片數(shù)、出口角、包角、喉部隔舌與葉輪出口邊的徑向距離是否合適等。
③使用中葉輪口環(huán)與離心泵的泵體口環(huán)之間、級間襯套與隔板襯套之間,由最初的碰摩,逐漸變成機械摩擦磨損,這些將會加劇離心泵的振動! 1.5傳動軸及其輔助件 軸很長的泵,易發(fā)生軸剛度不足,撓度太大,軸系直線度差的情況,造成動件(傳動軸)與靜件(滑動軸承或口環(huán))之間碰摩,形成振動。另外,泵軸太長,受水池中流動水沖擊的影響較大,使泵水下部分的振動加大。
軸端的平衡盤間隙過大,或者軸向的工作竄動量調整不當,會造成軸低頻竄動,導致軸瓦振動。旋轉軸的偏心,會導致軸的彎曲振動。
1.6水泵選型和變工況運行 每臺水泵都有自己的額定工況點,實際的運行工況與設計工況是否符合,對泵的動力學穩(wěn)定性有重要的影響。水泵在設計工況下運行比較穩(wěn)定,但在變工況下運行時,由于葉輪中產生徑向力的作用,振動有所加大;單泵選型不當,或是兩種型號不匹配的泵并聯(lián)。這些都會造成泵的振動。
1.7軸承及潤滑 軸承的剛度太低,會造成第一臨界轉速降低,引起振動。另外,導軸承性能閉不良導致耐磨性差,固定不好,軸瓦間隙過大,也容易造成振動;而推力軸承和其他的滾動軸承的磨損,則會使軸的縱向竄動振動以及彎曲振動同時加劇。
潤滑油選型不當、變質、雜質含量超標及潤滑管道不暢而導致的潤滑故障,都會造成軸承工況惡化,引發(fā)振動。電動機滑動軸承油膜的自激也會產生振動。
1.8管道及其安裝固定 泵的出口管道支架剛度不夠,變形太大,造成管道下壓在泵體上,使得泵體和電機的對中性破壞;管道在安裝過程中較勁太大,進出口管路與泵連接時內應力大;進、出口管線松動,約束剛度下降甚至失效;出口流道部分全部斷裂,碎片卡人葉輪;管路不暢,如出水口有氣囊;出水閥門掉板,或沒有開啟;進水口有進氣,流場不均,壓力波動。
這些原因都會直接或者間接地導致泵和管路的振動。
1.9零部件間的配合 電機軸和泵軸同心度超差;電機和傳動軸的連接處使用了聯(lián)軸器,聯(lián)軸器同心度超差;動、靜零部件之間(如葉輪毅和口環(huán)之間)的設計間隙的磨損變大;中間軸承支架與泵筒體間隙超標;密封圈間隙不合適,造成了不平衡;密封環(huán)周圍的間隙不均勻,比如口環(huán)未人槽或者隔板未人槽,就會發(fā)生這種情況。這些不利因素都能造成振動。 1.10水泵自身的因素 葉輪旋轉時產生的非對稱壓力場;吸水池和進水管渦流;葉輪內部以及渦殼、導流葉片漩渦的發(fā)生及消失;閥門半開造成漩渦而產生的振動;由于葉輪葉片數(shù)有限而導致的出口壓力分布不均;葉輪內的脫流;喘振;流道內的脈動壓力;汽蝕;水在泵體中流動,對泵體會有摩擦和沖擊,比如水流撞擊隔舌和導流葉片的前緣,造成振動;輸送高溫水的鍋爐給水泵易發(fā)生汽蝕振動;泵體內壓力脈動,主要是泵葉輪密封環(huán),泵體密封環(huán)的間隙過大,造成泵體內泄漏損失大,回流嚴重,進而造成轉子軸向力的不平衡和壓力脈動,會增強振動。
另外,對于輸送熱水的熱水泵,如果啟動前泵的預熱不均,或者水泵滑動銷軸系統(tǒng)的工作不正常,造成泵組的熱膨脹,會誘發(fā)啟動階段的劇烈振動;泵體來自熱膨脹等方面的內應力不能釋放,則會引起轉軸支撐系統(tǒng)剛度的變化,當變化后的剛度與系統(tǒng)角頻率成整倍數(shù)關系時,就發(fā)生共振。
2消除水泵振動的方法 2.1從設計制造環(huán)節(jié)消除振動 2.1.1機械結構設計方面注意的問題 1)軸的設計。增加傳動軸支撐軸承的數(shù)目,減小支撐間距,在適當范圍內減小軸長,適當加大軸的直徑,增加軸的剛度;當泵軸轉速逐漸增加并接近或整數(shù)倍于泵轉子的固有振動頻率時,泵就會猛烈振動起來,所以在設計時,應使傳動軸的固有頻率避開電機轉子角頻率;提高軸的制造質量,防止質量偏心和過大的形位公差! 2)滑動軸承的選擇。
采用無須潤滑的滑動軸承;在液態(tài)烴等化工泵中,滑動軸承材料應采用具有良好自潤滑性能的材料,比如聚四氟乙烯;在深井熱水泵中,導流襯套選擇填充聚四氟乙烯、石墨和銅粉的材質,并合理設計其結構,使滑動軸承的固定可靠;葉輪密封環(huán)和泵體密封環(huán)處采用摩擦因數(shù)小的摩擦副,比如M20lK石墨材料一鋼;限制最高轉速;提高軸瓦承載能力及軸承座的剛度。
3)使用應力釋放系統(tǒng)。
對于輸送熱水的泵,設計時,應使由泵體變形而引起的連接件之間的結構應力得以釋放,比如在泵體地腳螺栓上面增加螺栓套,避免泵體直接和剛度很大的基礎接觸! 2.12水泵的水力設計注意事項 1)合理地設計水泵葉輪及流道,使葉輪內少發(fā)生汽蝕和脫流;合理選擇葉片數(shù)、葉片出口角、葉片寬度、葉片出口排擠系數(shù)等參數(shù),消除揚程曲線駝峰;泵葉輪出口與蝸殼隔舌的距離,有資料認為該值為葉輪外徑的十分之一時,脈動壓力最小;把葉片的出口邊緣做出傾角(比如做成20。左右),來減小沖擊;保證葉輪與蝸殼之間的間隙;提高泵的工作效率。
同時,對泵的出水流道等相關流道進行優(yōu)化設計,減少水力損失引起的振動。合理設計各種泵的進水段處的吸入室,以及壓縮級的機械結構,減少壓力脈沖,可以保證流場穩(wěn)定,提高泵的工作效率,減小能量損失,也可以提高泵的振動動態(tài)性能的穩(wěn)定性! 2)汽蝕振動是泵振動的很重要的一部分。
當泵的人口壓力低于相應水溫下的和壓力時,會發(fā)生伴隨劇烈振動的汽蝕。減小汽蝕的措施包括:確定水泵的安裝高度時,使裝置的有效汽蝕余量大于泵的最小裝置汽蝕余量;適當加大進水管直徑,縮短進水管長度,減少管路附件,通流部分斷面變化率力求最小,提高管壁的粗糙度;減少彎頭數(shù)目和加大管道轉彎角度;降低水泵的工作轉速;采用抗空化汽蝕的材料,比如不銹鋼,或在容易發(fā)生汽蝕的部位涂環(huán)氧樹脂;進水流道設計要合理,力求平滑,使進人葉輪的水流速度和壓力分布均勻,避免局部低壓區(qū);提高制造加工質量,避免因為葉片型線不準確造成局部流速過大,壓降過多;提高泵裝置的抗汽蝕性能,包括在泵的進口處設置水力增能器,增能器的結構,提高泵的吸人壓頭,從而提高泵裝置汽蝕余量;增加幾何倒灌高度;盡量減少進水管路水頭損失;采用雙吸式泵。
為了保證吸水管或壓水管內無空氣積存,吸水管的任何部分都不能高過水泵的進口。
為了減小人水口處的壓力脈動,吸水管路直徑應比泵人口直徑大一個尺寸數(shù)量級,以便水流在泵人口處有一定的收縮,使流速分布比較均勻,同時還應當在泵人口前有一段直管,直管長度不小于管路直徑的10倍。
注意創(chuàng)造良好進水條件,進水池內水流要平穩(wěn)均勻,以消除伴隨卡門渦旋的振動。 3)基礎的設計;A的重量應為泵和電機等機械重量總合的三倍以上;盛水池的基礎應具有相當?shù)膹姸?電機支架與基礎最好做成一體或做成面接觸;在泵和支架之間設置隔振墊或隔振器。
另外,在管路之間采用減振材料連接,減少管路布置,可以消除彈性接觸和水力損失帶來的振動! 2.2從安裝和維護過程作為消除水泵振動的方法 1)軸和軸系。
安裝前檢查水泵軸、電機軸、傳動軸有沒有彎曲變形、質量偏心的情況,若有,則必須矯正或者進一步加工;檢查與導軸承接觸的傳動軸,是否因彎曲而摩擦軸瓦或襯套而使自己受激力。
如果監(jiān)測表明,軸實際上已經彎曲了,則矯正泵軸。同時,檢查軸的端間隙值,若該值過大,則表明軸承已磨損,需更換軸承。
2)葉輪。
動、靜平衡是否合格。
3)聯(lián)軸器。螺栓間距是否良好;彈性柱銷和彈性套圈結合不能過緊;聯(lián)軸器內孔與軸的配合是否過松,若太松,可采用諸如噴涂的方法來減小聯(lián)軸器內徑直至其達到過渡配合所要求的尺寸,而后將聯(lián)軸器固定在軸上! 4)滑動軸承。間隙值是否符合標準;各處潤滑是否良好;提高泵的軸瓦檢修工藝水平,嚴格遵循先刮瓦、后研磨、再刮瓦的循環(huán)程序,保證軸瓦與軸頸的接觸面積達到規(guī)定的標準: 。
①泵軸頸與軸承間隙值,通過更換前后軸承、研磨、刮瓦、調整等手段達到合格。
②泵軸承體與軸承箱球面頂間隙值合格。
③泵軸軸承下瓦和泵軸軸頸接觸點及接觸角度:標準規(guī)定下瓦背與軸承座接觸面積應在60%以上,軸頸處滑動接觸面上的接觸點密度保持在每平方厘米2一4個點,接觸角度保持在60“一90”! 5)支架和底板。及時發(fā)現(xiàn)有振動的支撐件的疲勞情況,防止因為強度和剛度降低造成固有頻率下降。
6)間隙和易損件。保證電機軸承間隙合適;適當調整葉輪與渦殼之間的間隙;定期檢查、更換葉輪口環(huán)、泵體口環(huán)、級間襯套、隔板襯套等易磨損零件! 2.3由于離心泵選型和操作不當引起的振動 兩泵并聯(lián)應保證泵性能相同。
泵性能曲線應為緩降型為好,不能有駝峰。使用時要注意:消除導致水泵超載的因素,比如流道堵塞;適當延長泵的啟時間,減小對傳動軸的擾動,減小轉動部件和靜止零件之間的碰撞和摩擦,以及由此引起的熱變形;對于水潤滑的滑動軸承,啟動過程中應加足預潤滑水,避免干啟動,直至水泵出水后再停止注水;定期向需要注油的軸承適量注油;對于長軸液下離心泵,因為軸系存在著扭轉振動,若使用的有推力瓦,則受損傷的主要是推力瓦,這時可以適當提高潤滑油的粘度,防止液體動壓潤滑膜的破壞。最后,為了防止泵的振幅過大,還可以使用測量分析振動狀況來確定水泵的最佳工作參數(shù)。
3結論 泵振動的誘因包括機械的、水力的和電力的原因! ≌駝涌刂凭C合反映了機械加工工藝、機械安裝人員的操作水平、水泵操作人員的素質、水力設計軟件的功能、各部分材料性能狀況、監(jiān)測儀器的性能。
實際工作中,排除振動要結合經驗和理論分析,將振動機理分析和實際檢測儀器得到的數(shù)據(jù)結合起來。很多振動可以通過提高設計和安裝質量,提高操作水平,加強日常維護予以消除。伴隨著新材料技術的發(fā)展和新工藝的出現(xiàn),以及電子計算機技術與數(shù)值方法和流體力學基礎理論的進步,加上振動噪聲診斷技術的興起和發(fā)展,水泵的設計、使用、維護水平必將蒸蒸日上,性能也一定會日趨優(yōu)化,動態(tài)性能也會日趨穩(wěn)定。
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1)螺桿泵在初次啟動前,應對集泥池、進泥管線等進行清理,以防止在施工落下的石塊、水泥塊及其他金屬物品進入破碎機或泵內。平時啟啟動前應打開進出口閥門并確認管道通暢后方可動作,對正在運轉的泵在巡視中應主要注意其螺栓是否有松動、機泵及管線的振動是否超標、填料部位滴水中否在正常范圍、軸承及減速機溫度是否過高、各運轉部位是否有異常聲響。 2)作為螺桿泵,它所輸送的介質在泵中還起對轉子的冷卻及潤滑作用,因此是不允許空轉的,否則會因磨擦和發(fā)熱損壞定子及轉子。
在泵初次使用之前應向泵的吸入端注入流體介質或者潤滑液,如甘油的水溶液或者稀釋的水玻璃、洗滌劑等等,以防初期啟動時泵處于磨擦狀態(tài)。在污水處理行業(yè)有時會發(fā)生污泥或者浮渣中的大塊雜質(如包裝袋等)將吸入管道堵塞的情況,應晝避免這各種現(xiàn)象的出現(xiàn)。
如不慎發(fā)生此類情況應立即停泵清理,以保護泵的的安全運行! 3)泵和電機安裝的軸度精確與否,是泵地否平衡運轉的首要條件。
雖然泵在出廠前均經過精確的調定,但底座安裝固定不當會導致底座扭曲,引起同軸度的超差。
因此在首次運轉前,或在大修后應校驗其同軸度。
4)基座螺栓及泵上各處的螺栓! ≡谶\行過程中,基座螺栓的松動會造成機體的振動、泵體移動、管線破裂等現(xiàn)象。因此對基座螺栓的經常緊固是十分必要的,對泵體上各處的螺栓也應如此。
在工作中應經常檢查電機與減速機之間、減速機與吸入腔之間以及吸入腔與定子之間的螺栓是否牢固! 5)萬向節(jié)或者撓性連接處的螺栓! ”M管螺栓的生產廠家都對這些螺栓有各種防松措施,但由于處在運行中震動較大,仍可能有一此螺栓發(fā)生松動,一旦萬向節(jié)或撓性軸脫開,將使泵造成進一步的損壞,因此每運轉300~500h,應打開泵對此處的螺栓進行檢查、緊固,并清理萬向節(jié)或者撓性軸上的纏繞物。
6)填料函 在正常運行時,填料函處同離心泵的填料函一樣,會有一定的滴水,水有填料與軸之間起到潤滑作用,減輕泵軸或套的磨損。正常滴水應在每分鐘50~150滴左右,如果超過這個數(shù)不應緊螺栓。
如仍不能奏效就應及時更換盤根。在螺桿泵輸送初沉池污泥或消化污泥時,填料盒處的滴水應以污泥中滲出的清液為主,如果有很稠的污泥漏出,即使數(shù)量不多也會有一些砂粒進入軸與填料之間,會加速軸的磨損。
當用帶冷卻的填料環(huán)時,應保持冷卻水的暢通與清潔。
7)盡量避免過多的泥砂進入螺桿泵! 8)螺桿泵的潤滑 螺桿泵的潤滑部位主要有三個: a.變速箱:變速箱一般采用油潤滑,在磨合階段(200~500)以后更換一次潤滑油,以后每2000~3000h應換一次油。所采用的潤滑油標號應嚴格按說明書上的標號,說明書未規(guī)定標號的可使用質量較好的重載齒輪油。
b.軸承架內的滾動軸承:這一部位一般采用油脂潤滑,污水處理廠主要輸送常溫介質,可選用普通鈣基潤滑脂! .聯(lián)軸節(jié):聯(lián)軸節(jié)包裹在橡皮護套中,采用銷子聯(lián)軸節(jié)的是用脂潤滑,一般不需要經常更換潤滑脂,但如果出現(xiàn)護套破損或者每次大修時,一般用油潤滑,應每2000h清洗換油一次,輸送污泥及浮渣的螺桿泵可使用68號機械油! .使用撓性連油桿的螺桿泵由于兩端屬剛性連接,可免去加油清洗的麻煩。
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G型單螺桿泵在輸送石灰膏介質時,或是一些比較特殊的介質時要注意以下這些方面,我們一起來看一下吧!
1、在使用單螺桿泵要注意避免雜物進入其中: G型單螺桿泵在輸送石灰膏等一些含有固體顆粒物的物質時,一定要注意是否有雜物的參入,因為固體顆粒物在螺桿泵工作時對橡膠材質的定子造成損壞,所以一定要注意,F(xiàn)在有效的防止方法有這些:在使用單螺桿泵前會加一個粉碎機,或是安裝格柵裝置或濾網進行過濾,這些經過實踐的證明效果還是不錯的。
2、要穩(wěn)定單螺桿泵的出口壓力: 因為單螺桿泵是一種容積式的回轉泵,所以當單螺桿泵的出口受阻,那么泵的壓力會增高,甚至會超過預定的壓力值,這是非常危險的,這會使得電機負荷急劇增加。接著會使得傳動機械相關零件的負載超出設計值,最后嚴重會燒毀電機,震斷傳動等零部件。那么如何解決這個問題呢?在單螺桿泵的出口處安裝一個旁通溢流閥就能很好的解決這一個問題了。
3、確保單螺桿泵在有料的情況下工作: 單螺桿泵是不允許在斷料的情況下進行工作的,不然會嚴重的磨擦橡膠定子,會使溫度升高,最后燒毀橡膠定子,所以工作人員在使用的過程中一定要注意格柵暢通,單螺桿泵正常工作。那么如果有意外情況如何解決這一斷料問題?單螺桿泵廠家建議您可以這樣做:在單螺桿泵上安裝斷料停機裝置,當發(fā)生斷料情況時,此裝置會產生自吸功能,結實泵的腔體內產生真空,一旦單螺桿泵腔體內是真空狀態(tài),那么單螺桿泵就會自動的停止工作了。