所有的水泵和旋轉(zhuǎn)機(jī)械都會產(chǎn)生振動。振動的產(chǎn)生是無法避免的,也不是泵本身的問題:經(jīng)設(shè)計者(以及電動機(jī)設(shè)計者)設(shè)計的泵能承受正常限度內(nèi)的振動。這些振動限度隨泵的類型、安裝配置、供電要求、旋轉(zhuǎn)速度以及泵送的液體等的差異而發(fā)生變化。水力資源協(xié)會出版了美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)所采用的一整套標(biāo)準(zhǔn),其內(nèi)容涵蓋了振動動力學(xué)、測量標(biāo)準(zhǔn)以及允許限度。該標(biāo)準(zhǔn)為ANSI/HI9.6.4。
通常情況下,如不造成明顯問題大部分的振動都忽略不計(但不建議忽略)。過度振動可能導(dǎo)致噪音過大、設(shè)備損壞以及過早疲勞失效。近幾年內(nèi)開發(fā)的BAC網(wǎng)絡(luò)、SCADA系統(tǒng)以及建筑管理系統(tǒng)和生產(chǎn)商設(shè)計和開發(fā)的系統(tǒng)已頻繁用于測量和記錄泵內(nèi)的振動。確立基準(zhǔn)參考值、確定限度以及將振動測量值并入預(yù)防性維修計劃等,通常將在振動引起重大故障或其他無法預(yù)知的后果之前保證泵的正常服務(wù)。
但是振動本身并不是"根本性問題":振動由泵內(nèi)部或系統(tǒng)內(nèi)部的某個部件引起。
水泵振動產(chǎn)生的三大原因
1.誤用、設(shè)計或制造引起的振動
2.內(nèi)部原因引起的振動
3.外部原因引起的振動
由上述任一類原因引起的振動通常將導(dǎo)致其加劇達(dá)到一個將導(dǎo)致另一原因下出現(xiàn)故障的水平。
誤用、設(shè)計或制造引起的振動
目前這一類原因為少見,但在處理泵的振動問題時卻通常是首先考慮的因素。
引起振動的這一類原因的主要原因包括:
a.臨界轉(zhuǎn)速問題——這類問題實際上在以全速運行的臥式泵內(nèi)是不存在的:生產(chǎn)商已對泵進(jìn)行了設(shè)計,因此其第一臨界轉(zhuǎn)速將高出高轉(zhuǎn)速。("臨界轉(zhuǎn)速"指激起旋轉(zhuǎn)設(shè)備自然頻率的理論角速度。旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到自然頻率時便發(fā)生振動和共振。)在立式泵(如具有各類長度和轉(zhuǎn)頭的立式渦輪機(jī))內(nèi),臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)在制造之前予以考慮。在臥式泵內(nèi),臨界轉(zhuǎn)速通常由超速、缺少管道支撐件或未考慮的多泵組引起。(缺少管道支撐件時,管道實際上成為了"泵的一部分",且系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速與泵的臨界轉(zhuǎn)速不同。)這與下文將討論的外部原因引起的問題相類似。可采用兩種方法糾正臨界轉(zhuǎn)速問題,將振動減少至可接受水平:
1.改變泵的自然頻率,這一操作應(yīng)咨詢泵生產(chǎn)商或在其協(xié)助下進(jìn)行。屬于常用方法。
2.改變轉(zhuǎn)速(針對VFD系統(tǒng)時尤為有用)。通過臨界轉(zhuǎn)速"鎖定"或加速以預(yù)防機(jī)械運轉(zhuǎn)。
b.嚴(yán)重氣濁——氣濁達(dá)到一定嚴(yán)重程度時(由NPSH或攜入的空氣引起),內(nèi)爆的能量將引起整個裝置急劇振動。當(dāng)然,隨著氣濁的繼續(xù),泵輪材料將被腐蝕,振動也進(jìn)一步加劇。合理選用泵則可避免此類情況出現(xiàn),但隨著系統(tǒng)老化以及管道改變這類情況仍可發(fā)生。將需要增加NPSH或排空現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)的攜入空氣。
c.腐蝕和沖蝕——雖然腐蝕和沖蝕問題極易被視為"內(nèi)部問題",但是其根源在于為泵的抽送能力選擇材料時的不當(dāng)。腐蝕或沖蝕產(chǎn)生的損壞可能毀壞葉輪或頸環(huán),導(dǎo)致機(jī)械的振動超出限度。需分析泵的抽送能力才能解決這一問題。即使受沙礫沖蝕較厲害,仍需按照步驟更換材料以根除問題或延長MTBF。
d.葉輪的不平衡——按照ISO標(biāo)準(zhǔn)1940/1,葉輪應(yīng)該切割到大運行速度時的恰當(dāng)直徑并實現(xiàn)動態(tài)平衡(6.3級),該平衡級允許轉(zhuǎn)速為1800時每盎司泵輪重量產(chǎn)生0.0014盎司英寸不平衡(轉(zhuǎn)速為3600時為0.0007盎司英寸/盎司)。如果在現(xiàn)有泵上切割葉輪,按照標(biāo)準(zhǔn)平衡葉輪時出現(xiàn)初始故障或重新平衡失敗將導(dǎo)致振動超出可接受的范圍。這一點在各種大、小機(jī)械上均很重要,因為已建立的標(biāo)準(zhǔn)考慮了機(jī)械的總質(zhì)量以及葉輪對振動產(chǎn)生的影響。唯一的解決方法是拆掉葉輪重新進(jìn)行平衡。
e.電動機(jī)轉(zhuǎn)動元件的不平衡——這是一種少見的制造缺陷。有關(guān)電動機(jī)平衡測試要求請見美國電氣制造業(yè)協(xié)會(NEMA)的標(biāo)準(zhǔn)MG-12007第1節(jié)第7部分。通常情況下,被確定為電動機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡(通過斷開電動機(jī)并由其自行運轉(zhuǎn))的問題實際上是曲軸或軸承故障問題,該內(nèi)容已在本文其他部分進(jìn)行討論。電動機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的不平衡實際上在啟動時(或啟動過后不久)將非常明顯。如果需質(zhì)量保證,應(yīng)咨詢電動機(jī)生產(chǎn)商或著名電動機(jī)維修店,如與美國電氣設(shè)備維修協(xié)會(EASA)合作的店。