水泵廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)生活中,對水泵振動的控制日益受到人們關(guān)注。所有的泵和旋轉(zhuǎn)機(jī)械都會產(chǎn)生振動。振動是無法完全避免的,設(shè)計合理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差異而發(fā)生變化。常用的美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)的ANSI/HI 9.6.4標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了振動動力學(xué)、測量標(biāo)準(zhǔn)以及允許限度。
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。對于大型的水泵,最近幾年內(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)。還有一類是數(shù)量眾多、應(yīng)用范圍廣泛的微型、小型水泵。微型、小型水泵大量應(yīng)用于石油、化工、制藥、醫(yī)療、環(huán)保等行業(yè)的檢測分析儀器中。由于室內(nèi)工作環(huán)境對振動和噪音的要求十分嚴(yán)格,微型、小型水泵的振動問題也引起了人們重視。
水泵振動產(chǎn)生的三大原因是: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。
誤用、設(shè)計或制造引起的振動這類原因最為少見,但在處理泵的振動問題時卻通常是首先考慮的因素。這原因的主要原因包括
臨界轉(zhuǎn)速問題。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(shí)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。)這與外部原因引起的問題相類似�?刹捎脙煞N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,這一操作可咨詢泵生產(chǎn)商。2、改變轉(zhuǎn)速。通過臨界轉(zhuǎn)速“鎖定”或加速以預(yù)防機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。具有調(diào)速功能的水泵尤其適合于工況多變的場合。大型的工業(yè)水泵多采用可控硅串級調(diào)速,液力耦合調(diào)速、電磁調(diào)速和變頻調(diào)速等技術(shù)。微型、小型水泵過去一般采用降壓調(diào)速。目前國內(nèi)市場上只有最先進(jìn)的“氣�!蔽⑿驼{(diào)速水泵具備調(diào)速功能�!皻夂!闭{(diào)速水泵配置了先進(jìn)的無刷電機(jī),自帶PWM線和電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(FG)線,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速更加方便可靠,調(diào)速范圍更寬,還能實(shí)時監(jiān)控泵的工況,非常適合自動控制而且對延長壽命十分有利。
嚴(yán)重氣蝕。氣蝕達(dá)到一定嚴(yán)重程度時,將引起整個裝置急劇振動。隨著氣蝕的繼續(xù),泵的材料將被腐蝕,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。需要增加汽蝕余量或排空系統(tǒng)內(nèi)的氣體。
腐蝕和磨損。雖然腐蝕和磨損容易被視為“內(nèi)部問題”,但是其根源在于選擇材料不當(dāng)。腐蝕和磨損可能毀壞葉輪或頸環(huán),導(dǎo)致機(jī)械的振動超出限度。需考慮更換材料以根除問題或延長平均無故障時間。
動力泵的葉輪不平衡。按照ISO標(biāo)準(zhǔn)1940/1,葉輪應(yīng)該切割到最大運(yùn)行速度時的恰當(dāng)直徑并實(shí)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)。
電動機(jī)轉(zhuǎn)動元件的不平衡。這是較為少見的制造缺陷。美國電氣制造業(yè)協(xié)會(NEMA)的標(biāo)準(zhǔn)MG-1 2007第1節(jié)第7部分對電動機(jī)平衡測試提出了要求。通常情況下,被確定為電動機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡的問題實(shí)際上是曲軸或軸承故障問題。電動機(jī)旋轉(zhuǎn)部分的不平衡實(shí)際上在啟動時(或啟動過后不久)將非常明顯。
安裝支座不在同一平面內(nèi),是常見的導(dǎo)致振動的原因。這種振動在初期很難確定,因?yàn)楣舱駥⒃谡麄機(jī)械以及管道內(nèi)傳送。除非其他引起振動的原因可以很容易地確定,建議在故障排查的早期檢查支座。選用合適的減振器能有效地減少振動和噪音。
聯(lián)軸器不平衡。不能與未對準(zhǔn)的情況混淆,聯(lián)軸器本身極少出現(xiàn)不平衡的情況。當(dāng)排除所有引起振動的原因后應(yīng)進(jìn)行不平衡問題的檢查。雖然可以重新平衡聯(lián)軸器,但通常整套更換將更經(jīng)濟(jì)。
機(jī)械容差問題。即使單個部件的容差值在規(guī)定的范圍內(nèi),但機(jī)械容差仍可引起機(jī)械內(nèi)的振動。泵的零件越多,容差“累計”使振動產(chǎn)生的風(fēng)險越大。如果容差直接涉及轉(zhuǎn)動部件,則機(jī)械容差引起的振動將易于診斷。“失圓”或“失方”的加工部件可能導(dǎo)致在其他部件內(nèi)出現(xiàn)磨損。
機(jī)械松動。常見的的機(jī)械松動是螺母和螺栓沒有恰當(dāng)緊固。所有外部螺帽應(yīng)緊固并在隨后進(jìn)行定期緊固(對于大多數(shù)機(jī)械,建議每年緊固一次)。
內(nèi)部原因引起的振動。這里的“內(nèi)部原因”指機(jī)器內(nèi)部的原因,不論是在泵的外部或內(nèi)部。這些原因包括。
泵和電動機(jī)未對準(zhǔn),這是泵內(nèi)產(chǎn)生振動的最常見原因。按照泵生產(chǎn)商建議(而非聯(lián)軸器生產(chǎn)商的限制范圍)進(jìn)行校準(zhǔn)極為重要。(聯(lián)軸器通�?梢员缺没螂妱訖C(jī)承受的未校準(zhǔn)值更大,但是負(fù)荷將傳送至泵或電動機(jī)。)
旋轉(zhuǎn)不當(dāng)。雖然在方向錯誤的情況下泵也將旋轉(zhuǎn),但是流量和壓力將減少,且由于流體動力學(xué)可能產(chǎn)生振動。
曲軸。通常情況下,曲軸將不相等負(fù)荷傳遞至軸承和閥座并引起過早磨損。
軸承磨損/故障。潤滑不足或潤滑不當(dāng)可以加速軸承磨損并引起振動。但是即使是在良好的條件下,軸承也將出現(xiàn)磨損并因疲勞而出現(xiàn)故障。對軸承的檢查以及磨損軌跡和滾道內(nèi)的“剝落”將有助于確定是否有外來力加速磨損并促使振動發(fā)生。
堵塞。如果水泵發(fā)生堵塞(不論是部分堵塞還是全部堵塞),泵送的液體將減少并產(chǎn)生振動。
外部原因引起的振動。經(jīng)驗(yàn)表明外部因素是絕大多數(shù)振動產(chǎn)生的原因。
管道應(yīng)變(泵和管道之間未對準(zhǔn))。管道應(yīng)變(以及泵與電動機(jī)之間未對準(zhǔn))無可爭辯地是引起泵振動的首要原因。在排查振動時應(yīng)首先關(guān)注這個原因。水的重量可能相當(dāng)大,排空時支撐恰當(dāng)?shù)墓艿涝诔錆M水之后可能需要進(jìn)行調(diào)整。水的重量可能引起足夠應(yīng)變,導(dǎo)致振動。.
基礎(chǔ)或錨固不牢。在啟動時將立即出現(xiàn)這種情況,但隨時間的推移和系統(tǒng)的穩(wěn)定,振動將加劇。如果缺陷不是很嚴(yán)重,則調(diào)整基板和墊片可以進(jìn)行糾正。直聯(lián)泵在進(jìn)行維修之后常出現(xiàn)這種情況。
系統(tǒng)共振。由于每一個系統(tǒng)都存在一些共振頻率,因此泵內(nèi)的“可接受振動”將有可能導(dǎo)致系統(tǒng)共振,從而加劇泵內(nèi)的振動。這可能導(dǎo)致部件出現(xiàn)故障。與臨界轉(zhuǎn)速相似,需調(diào)整管道以解決這一問題。例如改變連接微型、小型水泵的軟管盤繞方式也可能減少振動和噪音。
水泵產(chǎn)生振動的原因很多,其中一些振動的產(chǎn)生幾乎是不可避免的。這就要求我們除對水泵本身制造工藝進(jìn)行改進(jìn)外,給水泵安裝隔振器是控制水泵振動的有效方法。以下是常用的幾種隔振器 彈簧隔振器一般選用自立式彈簧減振器。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、造價較低、彈簧裸露在外,便于隨時觀察彈簧狀態(tài),以避免彈簧銹蝕過度時,造成水泵突然沉降、設(shè)備損害及管路扯斷。將彈簧藏于外殼以內(nèi)的隔振器,不能直接觀察到彈簧的狀態(tài),是很不合理的。選用彈簧一般需滿足以下要求:彈簧直徑應(yīng)不少于其在額定負(fù)載下高度的0.8倍;彈簧須具備一定的額外行程,至少等于額定靜撓度的50%;彈簧的水平剛度至少是堅(jiān)直鋼度的100%,以保證減振器的穩(wěn)定。彈簧減振器額定撓度(彈簧額定壓縮量)一般為25mm(自頻率值約3-4HZ),此撓度可應(yīng)于650轉(zhuǎn)每分鐘的水泵的隔振。當(dāng)轉(zhuǎn)速低于650時,建議使用40以下?lián)隙戎畯椈筛粽衿鳌椈蓽p振器應(yīng)有很好的防銹能力。一般要求鍍鋅防銹處理或ED烤漆防銹處理,這樣才能保證較長的使用壽命。切忌只是簡單噴漆處理或根本不做防銹處理。
水泵的橡膠隔振器材質(zhì)一般為氯丁膠(C.R)、天然膠(N.R),一般選用壓縮型橡膠減振器,對于重量較輕的水泵可選用剪切型橡膠減振器。橡膠減振器對于工業(yè)水泵的減振性能比彈簧減振器差些,但橡膠減振器對微型、小型水泵有較好的減振效果。例如振動和噪音控制良好的“氣�!蔽⑿退米詭Э梢�360度旋轉(zhuǎn)的橡膠減振器,很便于安裝。
工業(yè)水泵為了取得更好的減振效果,還可以加裝隋性基座,配合使用彈簧隔振器。隋性基座重量約為水泵重量1-2倍以上,框架由槽鐵鎖固而成,其高度不少于長度的1/12,但不低于150mm,不高于300mm,長寬尺寸應(yīng)能將整個水泵涵蓋在內(nèi),并各邊余10-15cm為宜。最好能將彎頭涵蓋在內(nèi);內(nèi)澆灌水泥,并內(nèi)置一層鋼筋網(wǎng)于高度之三分之一處;加裝彈簧隔振器將基座與基礎(chǔ)間距至3-5cm。
恰當(dāng)選用隔振器可達(dá)到85-99%以上的隔振效果,能有效地解決水泵振動帶給人們的困擾。