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泵振動的原因及其消除措施
發(fā)布時間：2011-2-14 9:49:46 | 閱讀次數(shù)：1166次
針對不銹鋼水泵機組的各部件存在的振動，分析了產生振動的原因。從泵的水
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基礎及不銹鋼水泵支架
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葉輪
�、偃~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?jīng)_
刷腐蝕，導致葉輪產生偏心。
�、谌~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。
�、凼褂弥腥~輪口環(huán)與泵體口環(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泵的選型和變工況運行
每臺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 減輕振動的措施
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從安裝和維護過程消除振動
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(jīng)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：
�、俦幂S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消除由于泵的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
不銹鋼水泵振動的誘因包括機械的、水力的和電力的原因。
振動控制綜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(jīng)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)，上海正奧泵業(yè)制造有限公司
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。
