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氟塑料襯里離心泵震動(dòng)的原因剖析

更新時(shí)間:2022-09-29     瀏覽次數(shù):1540

當(dāng)氟塑料襯里離心泵和關(guān)聯(lián)系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí),通常歸結(jié)為4種情況:開(kāi)裂,疲勞,摩擦磨損或泄露。開(kāi)裂的原因是因?yàn)樨?fù)載,比如超過(guò)預(yù)期的壓力,或管口負(fù)荷超過(guò)正常水平。疲勞的原因就是施加的載荷是交變的,應(yīng)力周期地超過(guò)材料破裂的耐久極限,泵零部件的疲勞主要是由振動(dòng)過(guò)高造成,而振動(dòng)大由轉(zhuǎn)子不平衡,泵和驅(qū)動(dòng)機(jī)間軸中心線的過(guò)大不對(duì)中,或固有頻率共振放大的過(guò)大運(yùn)動(dòng)造成。

 摩擦磨損和密封泄露代表著轉(zhuǎn)子和定子間的互相定位未能在設(shè)計(jì)的容差范圍。這樣可以動(dòng)態(tài)發(fā)生,通常原因就是較大的振動(dòng)。當(dāng)磨損或泄露位于殼體單個(gè)角度位置,比較常見(jiàn)的原因是因?yàn)椴豢山邮艿墓芸谳d荷量,和所導(dǎo)致的或獨(dú)立的泵/驅(qū)動(dòng)機(jī)不對(duì)中。在高能泵(特別是加氫裂化和鍋爐給水泵),另一個(gè)在定子一個(gè)位置摩擦的可能性是溫度變化太快,導(dǎo)致每個(gè)部件由于隨溫度的變化,長(zhǎng)度和裝配不匹配。也有一些特定的方法和程序可供遵循,降低發(fā)生這些問(wèn)題的機(jī)會(huì);或如果發(fā)生了,幫助確定解決這些問(wèn)題的方法,從而讓一臺(tái)氟塑料襯里離心泵保養(yǎng)的更好。

1、振動(dòng)評(píng)估

關(guān)于泵的振動(dòng)和其它不穩(wěn)定機(jī)械狀態(tài)的診斷或預(yù)測(cè),應(yīng)包括如下評(píng)估:

 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)行為,包括臨界轉(zhuǎn)速,激勵(lì)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(jī)/停機(jī)瞬

 管路和管口負(fù)荷造成的不穩(wěn)定應(yīng)力,和不對(duì)中所導(dǎo)致的扭曲

 由于扭振、止推和徑向負(fù)荷導(dǎo)致高應(yīng)力零部件的疲勞

軸承和密封的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)行為

正常運(yùn)行和連鎖停機(jī)過(guò)程的潤(rùn)滑系統(tǒng)運(yùn)行

工作范圍對(duì)振動(dòng)的影響

組合的泵和系統(tǒng)中的聲學(xué)共振(類(lèi)似喇叭)

氟塑料襯里離心泵

 通常討論的振動(dòng)問(wèn)題是軸的橫向振動(dòng),即與軸垂直的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng),然而,振動(dòng)問(wèn)題也會(huì)在泵的定子結(jié)構(gòu)發(fā)生,如立式泵,另外振動(dòng)也會(huì)發(fā)生在軸向,也可能涉及扭振。

2、泵的運(yùn)行點(diǎn)對(duì)振動(dòng)的影響

盡量運(yùn)行在BEF點(diǎn),否則,離心泵隨節(jié)流振動(dòng)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(yùn)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(jí)葉輪或擴(kuò)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(dòng)可能引起摩擦,甚至損壞軸承。

3、泵/驅(qū)動(dòng)機(jī)對(duì)中

不對(duì)中僅次于不平衡,是旋轉(zhuǎn)機(jī)器振動(dòng)問(wèn)題第二個(gè)常見(jiàn)的原因。通常區(qū)分為兩種形式:平行不對(duì)中和角不對(duì)中,通常不對(duì)中是兩種的結(jié)合。有時(shí)一個(gè)轉(zhuǎn)子必須在冷態(tài)和未運(yùn)行時(shí)偏移,以便在運(yùn)行和熱態(tài)時(shí)保持對(duì)中。不對(duì)中主要造成2X轉(zhuǎn)頻振動(dòng),因?yàn)楦叨葯E圓的軌跡驅(qū)使軸運(yùn)行在不對(duì)中的一側(cè)。有時(shí)不對(duì)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(dòng),因?yàn)樗虞d轉(zhuǎn)子使其對(duì)軸承殼異常變強(qiáng)。

  或者,不對(duì)中可實(shí)際上引起1X振動(dòng)增大,通過(guò)抬起轉(zhuǎn)子使其離開(kāi)重力加載的“軸承位置”,使軸承運(yùn)行在相對(duì)卸載狀態(tài)(這也可導(dǎo)致軸不穩(wěn)定,后述)。典型的不對(duì)中特征表現(xiàn)為2X振動(dòng),香蕉或數(shù)字8形軌跡,通常伴隨相對(duì)較大的軸向運(yùn)動(dòng),也是在2X,因?yàn)槁?lián)軸器經(jīng)歷非線性“壓彎”每轉(zhuǎn)兩次。

共振

 振動(dòng)超標(biāo)是常見(jiàn)的問(wèn)題,尤其在變頻系統(tǒng),很可能存在一個(gè)激勵(lì)頻率等于一個(gè)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(yùn)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(duì)中),或葉輪流道數(shù)乘以轉(zhuǎn)速(稱(chēng)為“流道通過(guò)”振動(dòng),當(dāng)葉輪流道通過(guò)一個(gè)蝸殼舌或擴(kuò)散器流道“切流”)

實(shí)際上,共振放大(常稱(chēng)為“Q”值)系數(shù)通常介于2至25之間,如果引起振動(dòng)的力是穩(wěn)定的而不是振蕩的。Q取決于能量消耗的量,稱(chēng)為“阻尼”,它在碰撞中發(fā)生。在一個(gè)汽車(chē)車(chē)身,這個(gè)阻尼由沖擊吸收器提供;在一個(gè)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(duì)應(yīng)共振,模態(tài)沖擊測(cè)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(duì)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)區(qū)域選擇性的支撐,或者增加質(zhì)量。模態(tài)“敲擊“測(cè)試在機(jī)器運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)。確認(rèn)你或服務(wù)商具有在機(jī)器運(yùn)行條件下進(jìn)行“敲擊”測(cè)試的能力。

4、泵入口設(shè)計(jì)對(duì)振動(dòng)的影響

入口法蘭的機(jī)械連接,以及泵葉輪上游的液壓設(shè)計(jì),都會(huì)顯著影響泵的振動(dòng)。避免在大的管口有無(wú)限制的膨脹節(jié)(管路“柔性節(jié)”),然而,主要的液壓?jiǎn)栴}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(shí),高頻氣蝕(有時(shí)聽(tīng)不見(jiàn)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(shí)流道通過(guò)頻率振動(dòng)增加。除了入口壓力太低,如果泵運(yùn)行在遠(yuǎn)離BEF點(diǎn),進(jìn)入的流體對(duì)旋轉(zhuǎn)的葉輪流道的沖擊角度會(huì)與泵的設(shè)計(jì)者在該轉(zhuǎn)速下預(yù)測(cè)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(gè)較慢的轉(zhuǎn)速,在意想不到的次同步頻率激勵(lì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速,顯著增大振動(dòng)。

5、平衡

不平衡是機(jī)器振動(dòng)過(guò)大常見(jiàn)的原因(大約50%),緊隨其后的是不對(duì)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(dòng)態(tài)(質(zhì)量中心軸與旋轉(zhuǎn)軸成角度)。對(duì)應(yīng)軸向短的部件(如一個(gè)止推墊圈)二者的差別可以忽略,只需要單面靜態(tài)平衡。對(duì)于長(zhǎng)度大于1/6直徑的部件,應(yīng)考慮動(dòng)態(tài)不平衡,至少需要雙面平衡。

對(duì)于運(yùn)行在二階臨界轉(zhuǎn)速(對(duì)泵不常見(jiàn))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?yàn)檗D(zhuǎn)子的重點(diǎn)以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),使振動(dòng)運(yùn)動(dòng)以相同頻率。一般它也導(dǎo)致一個(gè)圓形軸心軌跡,盡管如果轉(zhuǎn)子在滑動(dòng)軸承內(nèi)承受高負(fù)荷軌跡可能為橢圓。

然而,一些大學(xué)和商業(yè)組織開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)程序,可用的程序包括各種計(jì)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(jì)算,臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算,激勵(lì)響應(yīng)和轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性計(jì)算,它包括軸承和密封阻尼和“交叉耦合剛度”的影響(即與運(yùn)動(dòng)垂直的的反作用力)。