漫談離心泵的振動

振動：

振動是一種圍繞平衡點(diǎn)發(fā)生振蕩的機(jī)械現(xiàn)象。

在泵及其它旋轉(zhuǎn)設(shè)備的世界里，均不希望出現(xiàn)不可接受的振動，因?yàn)檎駝硬粌H浪費(fèi)資源和能量，而且還會產(chǎn)生不必要的噪音。例如，發(fā)動機(jī)、電動機(jī)或任何運(yùn)行中的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動運(yùn)動通常是不需要的。這種振動可能是由旋轉(zhuǎn)部件的不平衡、不均勻的摩擦或齒輪齒的嚙合不良引起的。精心的設(shè)計(jì)通常會最大限度地減少不必要的振動。由于振動共振而產(chǎn)生的力可能非常大。這些力會傷害您的設(shè)備，并可能導(dǎo)致嚴(yán)重的事故和損壞。工業(yè)傳感器系統(tǒng)可以檢測一系列的常見問題，包括以下的問題。

不對中：

對中問題會導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重磨損。一旦轉(zhuǎn)子不對中，它就會產(chǎn)生一個(gè)徑向力，該徑向力會傳遞到轉(zhuǎn)子組件上，在許多情況下，會導(dǎo)致不對中隨著時(shí)間的推移而變得更嚴(yán)重。如果不加以糾正，由不對中引起的振動和溫度變化會導(dǎo)致其它問題，例如密封、聯(lián)軸器和軸承失效。幸運(yùn)的是，軸振動分析通?？梢栽谙到y(tǒng)故障之前識別出這個(gè)問題。

不平衡運(yùn)行：

在使用材料加工制造的設(shè)備中，不平衡是一個(gè)常見的問題。當(dāng)質(zhì)量在整個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中分布不一致、引起轉(zhuǎn)子不平衡時(shí)，就會導(dǎo)致振動。用于設(shè)備振動分析的傳感器，可以快速檢測不平衡轉(zhuǎn)子振動的明顯正弦波形。

松動：

應(yīng)偶爾目視檢查旋轉(zhuǎn)設(shè)備是否有在運(yùn)行過程中松動的零部件。如果安裝螺栓松動，設(shè)備零部件會出現(xiàn)不必要的移動，導(dǎo)致低頻振動。轉(zhuǎn)子組件內(nèi)的松動零件可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的問題 - 可能會造成不平衡或?qū)е螺S承卡住。內(nèi)部零件松動會導(dǎo)致各種振動和過早磨損，這取決于它們的位置及其與其它零部件的相互作用。雖然在這種情況下，振動分析方法會發(fā)出問題的信號，但您需要完成目視檢查并解決根本原因。

流體不穩(wěn)定：

許多旋轉(zhuǎn)設(shè)備系統(tǒng)包括流體的運(yùn)動。如果設(shè)備沒有準(zhǔn)確對中和校準(zhǔn)，內(nèi)部流體可能會導(dǎo)致特定類型的振動。這種振動可能是不一致的，并且通常以相對于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的不規(guī)則頻率發(fā)生。分析包含流體系統(tǒng)需要仔細(xì)考慮的系統(tǒng)組件 - 密封、泵和壓縮機(jī) - 可能會影響流體動力學(xué)。

零部件磨損：

軸承和其它運(yùn)動部件偶爾需要更換。有時(shí)，零部件會在其預(yù)期的更換日期之前開始失效。旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動分析可以檢測部件在系統(tǒng)中出現(xiàn)滑動、摩擦或不平衡時(shí)的早期退化。

離心泵振動：

離心泵是當(dāng)今使用比較多的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備之一。泵在幾乎所有公用事業(yè)服務(wù)和發(fā)電廠中都是用到的。據(jù)估計(jì)，泵消耗了整個(gè)行業(yè)使用的旋轉(zhuǎn)設(shè)備電力的約31%。泵是我們當(dāng)今地球上生活的重要組成部分。離心泵的基本工作原理是，安裝在泵體（或蝸殼）內(nèi)的軸上的旋轉(zhuǎn)葉輪將能量傳遞給被移動的流體。離心泵利用離心力（因此得名）來增加流體通過葉輪并從葉輪葉片葉尖或外圍流出時(shí)的速度。該動作通過將流體加速到更高的速度和壓力（勢能）而將機(jī)械能（軸扭矩）轉(zhuǎn)換為動能。

泵性能：

泵遵循基本的性能規(guī)律（如相似定律、切割定律。這有助于確定運(yùn)行參數(shù)變化的影響，并有助于確定運(yùn)行問題的原因。這些基本定律適用于大多數(shù)離心泵或泵系統(tǒng)。1  流體流量隨葉輪轉(zhuǎn)速或直徑的變化而變化。2  揚(yáng)程隨葉輪葉片葉尖速度的平方而變化。3  功率隨泵送流體的體積和比重而變化。4  功率隨轉(zhuǎn)速或葉輪直徑的變化而變化。

使用振動分析檢測泵問題：

離心泵受到由其運(yùn)行速度、系統(tǒng)揚(yáng)程、壓力和管道布置產(chǎn)生的運(yùn)行力的影響。這些運(yùn)行力會導(dǎo)致強(qiáng)迫振動，可能來自旋轉(zhuǎn)部件或運(yùn)行工況（流量、壓力、速度和布置）。這種振動會降低泵軸承和其它零部件的預(yù)期壽命。

常見泵振動問題概述：

1 汽蝕

汽蝕通常會產(chǎn)生隨機(jī)的高頻寬帶能量，有時(shí)會與葉片通過頻率諧波（倍數(shù)）疊加。汽蝕是凈正吸入壓頭（NPSH）不足的癥狀。當(dāng)泵送液體流經(jīng)過流部件的某些局部區(qū)域因某些原因、液體的絕對壓力降低到泵送溫度下液體的飽和蒸汽壓力（汽化壓力）時(shí)，液體便在此處發(fā)生汽化，產(chǎn)生蒸汽、形成汽泡；同時(shí)，溶解于液體中的氣體也會以汽泡的形式析出，在局部區(qū)域形成兩相流。當(dāng)汽泡移動到高壓區(qū)時(shí)，汽泡周圍的高壓液體將會使汽泡迅速凝結(jié)縮小、破裂。在汽泡凝結(jié)縮小、破裂的瞬間，汽泡周圍的液體將高速填充（汽泡凝結(jié)破裂形成的）空穴，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波。這種產(chǎn)生汽泡和汽泡破裂使過流部件遭到破壞的過程就是泵的汽蝕過程。蒸汽氣泡的坍塌可能具有非常大的破壞性，并可能損壞泵和葉輪。當(dāng)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象時(shí)，聽起來就像“彈珠"或“礫石"正在通過泵。只有當(dāng)泵的必需汽蝕余量（NPSHR）低于裝置汽蝕余量（NPSHA）時(shí)，才可能避免汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

2 泵流動脈動

泵流動脈動是當(dāng)泵在其關(guān)閉壓頭附近運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的一種情況。時(shí)間波形中的振動將是正弦的。此外，頻譜仍將以1X RPM和葉片通過頻率為主。然而，這些峰值將是不穩(wěn)定的，隨著流動脈動的發(fā)生而增加和減少。泵出口管道上的壓力表會上下波動。如果泵出口具有旋啟式止回閥，則閥臂和配重將來回反彈，表明流動不穩(wěn)定。

3 泵軸彎曲

彎曲的軸問題會導(dǎo)致高軸向振動，同一轉(zhuǎn)子上的軸向相位差趨于180°。如果彎曲在軸中心附近，則主要振動通常發(fā)生在1X RPM；但如果在聯(lián)軸器附近彎曲，則主要振動發(fā)生在2X RPM。泵軸在聯(lián)軸器處或附近彎曲更常見。千分表可用于確認(rèn)軸的彎曲。

4 泵葉輪不平衡

泵葉輪應(yīng)在泵原始設(shè)備制造商（OEM）處進(jìn)行精確平衡。這一點(diǎn)尤其重要，因?yàn)椴黄胶庖鸬牧O大地影響泵軸承的壽命（軸承壽命與施加的動載荷立方成反比）。泵可能具有中心懸掛或懸臂式葉輪。如果葉輪是中心懸掛的，則力不平衡通常會超過偶不平衡。在這種情況下，最高振動通常是在徑向（水平和垂直）方向上。最高振幅將在泵的運(yùn)行速度（1X RPM）下。在力不平衡的情況下，水平外側(cè)和內(nèi)側(cè)相位與垂直相位將大致相同（+/- 30°）。此外，每個(gè)泵軸承的水平相位和垂直相位通常相差約90°（+/- 30°）。根據(jù)其設(shè)計(jì)，中心懸掛式葉輪在內(nèi)側(cè)和外側(cè)軸承上具有平衡的軸向力。軸向振動升高強(qiáng)烈表明泵葉輪被異物阻塞，導(dǎo)致軸向振動通常在運(yùn)行速度下增加。如果泵具有懸臂式葉輪，這通常會導(dǎo)致軸向和徑向1X RPM 過高。軸向讀數(shù)趨于同相和穩(wěn)定，而徑向相位讀數(shù)可能不穩(wěn)定的懸臂轉(zhuǎn)子既有力不平衡，也有偶不平衡，每個(gè)都可能需要校正。因此，校正砝碼通常必須放置在 2個(gè)平面上，以抵消力和偶不平衡。在這種情況下，通常需要拆下泵轉(zhuǎn)子并將其放在平衡機(jī)上，以使其平衡到足夠的精度，因?yàn)樵谟脩衄F(xiàn)場通常無法接近2個(gè)平面。

5 軸不對中

軸不對中是直接驅(qū)動泵的一種情況，其中兩根連接的軸的中心線不重合。平行不對中是軸中心線平行但彼此偏移的情況，振動頻譜通常會顯示出1X、2X、3X……高，嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)更高頻的諧波，在徑向方向上聯(lián)軸器相位相差180°。角度不對中將顯示高的軸向1X，一些2X和3X，在聯(lián)軸器兩端的相位差180°反相。

6 泵軸承問題

非同步頻率下的峰值（含諧波）是滾動軸承磨損的癥狀。泵的軸承壽命短通常是由于應(yīng)用的軸承選擇不當(dāng)造成的，例如負(fù)載過大、潤滑不良或高溫。如果軸承的型號和制造商已知，則可以確定外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架的具體故障頻率。此類軸承的這些故障頻率可在當(dāng)今大多數(shù)預(yù)測性維護(hù)（PdM） 軟件的表格中找到。