技術難題：泵振動原因及其消除措施

    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，使得泵的動態性能和電機的動態性能相互干涉;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，也是限制泵動態性能穩定性的一個因素。

    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聯軸器

    聯軸器連接螺栓的周向間距**，對稱性被破壞;聯軸器加長節偏心，將會產生偏心力;聯軸器錐面度超差;聯軸器靜平衡或動平衡不好;彈性銷和聯軸器的配合過緊，使彈性柱銷失去彈性調節功能造成聯軸器不能很好地對中;聯軸器與軸的配合間隙太大;聯軸器膠圈的機械磨損導致的聯軸器膠圈配合性能下降;聯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

    ①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葉輪的葉片數、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使用中葉輪口環與泵體口環之間、級間襯套與隔板襯套之間，由*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)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，對泵的動力學穩定性有重要的影響。水泵在設計工況下運行比較穩定，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。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**臨界轉速降低，引起振動。另外，導軸承性能閉**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軸器，聯軸器同心度超差;動、靜零部件之間(如葉輪毅和口環之間)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;密封環周圍的間隙不均勻，比如口環未人槽或者隔板未人槽，就會發生這種情況。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生汽蝕振動;泵體內壓力脈動，主要是泵葉輪密封環,泵體密封環的間隙過大，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的工作不正常，造成泵組的熱膨脹，會誘發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剛度的變化，當變化后的剛度與系統角頻率成整倍數關系時，就發生共振。

    2減輕振動的措施

    2.1從設計制造環節消除振動

    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;葉輪密封環和泵體密封環處采用摩擦因數小的摩擦副，比如M20lK石墨材料一鋼;限制*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。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，使葉輪內少發生汽蝕和脫流;合理選擇葉片數、葉片出口角、葉片寬度、葉片出口排擠系數等參數，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*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性能的穩定性。

    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*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*小，提高管壁的粗糙度;減少彎頭數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，或在容易發生汽蝕的部位涂環氧樹脂;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;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。

    注意創造良好進水條件，進水池內水流要平穩均勻，以消除伴隨卡門渦旋的振動。

    3)基礎的設計。基礎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的強度;電機支架與基礎*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軸器內徑直至其達到過渡配合所要求的尺寸，而后將聯軸器固定在軸上。

    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、再刮瓦的循環程序，保證軸瓦與軸頸的接觸面積達到規定的標準：

    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。及時發現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、泵體口環、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。*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*佳工作參數。

    3結論

    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據結合起來。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展和新工藝的出現，以及電子計算機技術與數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化，動態性能也會日趨穩定。