化工離心泵振動那些事，必看！
作者：化工泵 來源：離心泵 發(fā)布時間：2022-09-05
當(dāng)化工泵及其關(guān)聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生故障時，通常歸結(jié)到四種類型：斷裂，疲勞，摩擦磨損或泄漏。斷裂的原因是過載，例如超過預(yù)期的壓力，或管口負(fù)荷超出推薦的水平。疲勞的條件是施加的載荷是交變的，應(yīng)力周期地超過材料破裂的耐久極限，泵部件的疲勞主要由振動過大引起，而振動大由轉(zhuǎn)子不平衡，泵和驅(qū)動機之間軸中心線的過大不對中，或固有頻率共振放大的過大運動引起。
摩擦磨損和密封泄漏意味著轉(zhuǎn)子和定子之間的相互定位沒有在設(shè)計的容差范圍。這可以動態(tài)發(fā)生，一般原因是過大的振動。當(dāng)磨損或泄漏位于殼體單個角度位置，常見的原因是不可接受的管口載荷量，及其導(dǎo)致的或獨立的泵/驅(qū)動機不對中。在高能泵（特別是加氫裂化和鍋爐給水泵），另一個在定子一個位置摩擦的可能性是溫度變化太快，導(dǎo)致每個部件由于隨溫度的變化，長度和裝配不匹配。
有一些特定的方法和程序可供遵循，降低發(fā)生這些問題的機會；或如果發(fā)生了，幫助確定解決這些問題的方法，從而讓一臺泵保養(yǎng)的更好。
1、振動評估
關(guān)于泵的振動和其它不穩(wěn)定機械狀態(tài)的診斷或預(yù)測，應(yīng)包括如下評估：
轉(zhuǎn)子動力學(xué)行為，包括臨界轉(zhuǎn)速，激勵響應(yīng)，和穩(wěn)定性
扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速和振蕩應(yīng)力，包括起機/停機瞬態(tài)
管路和管口負(fù)荷引起的不穩(wěn)定應(yīng)力，和不對中導(dǎo)致的扭曲
由于扭振、止推和徑向負(fù)荷導(dǎo)致高應(yīng)力部件的疲勞
軸承和密封的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)行為
正常運行和連鎖停機過程的潤滑系統(tǒng)運行
工作范圍對振動的影響
組合的泵和系統(tǒng)中的聲學(xué)共振（類似喇叭）
通常討論的振動問題是軸的橫向振動，即與軸垂直的轉(zhuǎn)子動力學(xué)運動，然而，振動問題也會在泵的定子結(jié)構(gòu)發(fā)生，如立式泵，另外振動也會發(fā)生在軸向，也可能涉及扭振。
2、泵的運行點對振動的影響
盡量運行在BEF點，否則，離心泵隨節(jié)流振動變大，除非節(jié)流伴隨轉(zhuǎn)速的改變?nèi)鏥FD。在給定轉(zhuǎn)速運行遠(yuǎn)低于BEF，與遠(yuǎn)高于BEF一樣，使流體的速度角度與各級葉輪或擴散器或蝸殼舌部的流道角度不匹配。在低于入口或出口回流的流量下，轉(zhuǎn)子葉輪穩(wěn)定的側(cè)負(fù)荷和搖動可能引起摩擦，甚至損壞軸承。
3、泵/驅(qū)動機對中
不對中僅次于不平衡，是旋轉(zhuǎn)機器振動問題第二個最常見的原因。通常區(qū)分為兩種形式：平行不對中和角不對中，一般不對中是兩種的結(jié)合。有時一個轉(zhuǎn)子必須在冷態(tài)和未運行時偏移，以便在運行和熱態(tài)時保持對中。不對中主要引起2X轉(zhuǎn)頻振動，因為高度橢圓的軌跡驅(qū)使軸運行在不對中的一側(cè)。有時不對中負(fù)荷可導(dǎo)致高次諧頻（即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速整數(shù)倍頻，尤其3X），甚至可能降低振動，因為它加載轉(zhuǎn)子使其對軸承殼異常變強。
或者，不對中可實際上引起1X振動增大，通過抬起轉(zhuǎn)子使其離開重力加載的“軸承位置”，使軸承運行在相對卸載狀態(tài)（這也可導(dǎo)致軸不穩(wěn)定，后述）。典型的不對中特征表現(xiàn)為2X振動，香蕉或數(shù)字8形軌跡，通常伴隨相對較大的軸向運動，也是在2X，因為聯(lián)軸器經(jīng)歷非線性“壓彎”每轉(zhuǎn)兩次。
共振
振動超標(biāo)是常見的問題，尤其在變頻系統(tǒng)，很可能存在一個激勵頻率等于一個固有頻率。為了避免共振，轉(zhuǎn)子和軸承座的固有頻率應(yīng)該與“運球”型的力頻率很好分離，它們很可能是1X轉(zhuǎn)頻（典型不平衡），2X（典型不對中），或葉輪流道數(shù)乘以轉(zhuǎn)速（稱為“流道通過”振動，當(dāng)葉輪流道通過一個蝸殼舌或擴散器流道“切流”）
實際上，共振放大（常稱為“Q”值）系數(shù)通常介于2至25之間，如果引起振動的力是穩(wěn)定的而不是振蕩的。Q取決于能量消耗的量，稱為“阻尼”，它在碰撞中發(fā)生。在一個汽車車身，這個阻尼由沖擊吸收器提供；在一個泵，它大部分由軸承和“環(huán)形密封”轉(zhuǎn)子和定子之間的流體陷阱提供，像平衡活塞。
對應(yīng)共振，模態(tài)沖擊測試是非常有效和被證明的方法，可快速發(fā)現(xiàn)共振的原因并從根本解決它。典型的解決方法包括對最大振動運動區(qū)域選擇性的支撐，或者增加質(zhì)量。模態(tài)“敲擊“測試最好在機器運行中進(jìn)行，這樣，軸承和密封是“承載的”并支撐轉(zhuǎn)子，在泵的典型運行狀態(tài)。確認(rèn)你或服務(wù)商具有在機器運行條件下進(jìn)行“敲擊”測試的能力。
4、泵入口設(shè)計對振動的影響
入口法蘭的機械連接，以及泵葉輪上游的液壓設(shè)計，都會顯著影響泵的振動。避免在大的管口有無限制的膨脹節(jié)（管路“柔性節(jié)”），然而，主要的液壓問題是要有足夠的靜壓避免氣蝕。這意味著不僅僅具有足夠的凈正入口壓頭（NPSHA），還要高一些以滿足廠家公布的3%壓頭下降NPSHR（需要的NPHS）。
當(dāng)NPSHA到3xNPHSR時，高頻氣蝕（有時聽不見的）將引起葉輪流道入口側(cè)或摩擦環(huán)出口側(cè)的侵蝕，并導(dǎo)致低頻有時流道通過頻率振動增加。除了入口壓力太低，如果泵運行在遠(yuǎn)離BEF點，進(jìn)入的流體對旋轉(zhuǎn)的葉輪流道的沖擊角度會與泵的設(shè)計者在該轉(zhuǎn)速下預(yù)測的不同，將在入口或出口發(fā)生流道失速，分別導(dǎo)致入口或出口回流。這種內(nèi)部回流可引起流道壓力側(cè)的氣蝕，導(dǎo)致旋渦狀流隨葉輪旋轉(zhuǎn)，但是以一個較慢的轉(zhuǎn)速，在意想不到的次同步頻率激勵轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，顯著增大振動。
5、平衡
不平衡是機器振動過大最常見的原因（大約50%），緊隨其后的是不對中。一般認(rèn)為平衡分靜態(tài)（質(zhì)量中心偏離中心，質(zhì)量分布主軸仍與旋轉(zhuǎn)中心線平行）和動態(tài)（質(zhì)量中心軸與旋轉(zhuǎn)軸成角度）。對應(yīng)軸向短的部件（如一個止推墊圈）二者的差別可以忽略，只需要單面靜態(tài)平衡。對于長度大于1/6直徑的部件，應(yīng)考慮動態(tài)不平衡，至少需要雙面平衡。
對于運行在二階臨界轉(zhuǎn)速（對泵不常見）的轉(zhuǎn)子，甚至雙面平衡還不夠，可能需要某些形式的高速模態(tài)平衡（即平衡去重考慮最接近的固有頻率模態(tài)形狀）。不平衡表現(xiàn)為1X頻率，這是因為轉(zhuǎn)子的重點以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，使振動運動以相同頻率。一般它也導(dǎo)致一個圓形軸心軌跡，盡管如果轉(zhuǎn)子在滑動軸承內(nèi)承受高負(fù)荷軌跡可能為橢圓。
轉(zhuǎn)子動力學(xué)評估
轉(zhuǎn)子動力學(xué)需要一個比結(jié)構(gòu)動力學(xué)更專業(yè)計算機程序，因為它必須包括的影響如：
◆ 在軸承，葉輪和密封，作為轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的函數(shù)的三維剛度和阻尼
◆ 葉輪和止推平衡裝置流體激勵力，和
◆ 陀螺效應(yīng)
然而，一些大學(xué)和商業(yè)組織開發(fā)了轉(zhuǎn)子動力學(xué)程序，可用的程序包括各種計算子程序，用于軸承和圓形密封（如摩擦環(huán)和平衡鼓）的剛度和阻尼系數(shù)計算，臨界轉(zhuǎn)速計算，激勵響應(yīng)和轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性計算，它包括軸承和密封阻尼和“交叉耦合剛度”的影響（即與運動垂直的的反作用力）。
