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氟塑料衬里离心泵震动的原因剖析

更新时间:2022-09-29     浏览次数:142

当氟塑料衬里离心泵和关联系统产生故障时,通常归结为4种情况:开裂,疲劳,摩擦磨损或泄露。开裂的原因是因为负载,比如超过预期的压力,或管口负荷超过正常水平。疲劳的原因就是施加的载荷是交变的,应力周期地超过材料破裂的耐久极限,泵零部件的疲劳主要是由振动过高造成,而振动大由转子不平衡,泵和驱动机间轴中心线的过大不对中,或固有频率共振放大的过大运动造成。

 摩擦磨损和密封泄露代表着转子和定子间的互相定位未能在设计的容差范围。这样可以动态发生,通常原因就是较大的振动。当磨损或泄露位于壳体单个角度位置,比较常见的原因是因为不可接受的管口载荷量,和所导致的或独立的泵/驱动机不对中。在高能泵(特别是加氢裂化和锅炉给水泵),另一个在定子一个位置摩擦的可能性是温度变化太快,导致每个部件由于随温度的变化,长度和装配不匹配。也有一些特定的方法和程序可供遵循,降低发生这些问题的机会;或如果发生了,帮助确定解决这些问题的方法,从而让一台氟塑料衬里离心泵保养的更好。

1、振动评估

关于泵的振动和其它不稳定机械状态的诊断或预测,应包括如下评估:

 转子动力学行为,包括临界转速,激励响应,和稳定性

 扭转临界转速和振荡应力,包括起机/停机瞬

 管路和管口负荷造成的不稳定应力,和不对中所导致的扭曲

 由于扭振、止推和径向负荷导致高应力零部件的疲劳

轴承和密封的稳态和动态行为

正常运行和连锁停机过程的润滑系统运行

工作范围对振动的影响

组合的泵和系统中的声学共振(类似喇叭)

氟塑料衬里离心泵

 通常讨论的振动问题是轴的横向振动,即与轴垂直的转子动力学运动,然而,振动问题也会在泵的定子结构发生,如立式泵,另外振动也会发生在轴向,也可能涉及扭振。

2、泵的运行点对振动的影响

尽量运行在BEF点,否则,离心泵随节流振动变大,除非节流伴随转速的改变如VFD。在给定转速运行远低于BEF,与远高于BEF一样,使流体的速度角度与各级叶轮或扩散器或蜗壳舌部的流道角度不匹配。在低于入口或出口回流的流量下,转子叶轮稳定的侧负荷和摇动可能引起摩擦,甚至损坏轴承。

3、泵/驱动机对中

不对中仅次于不平衡,是旋转机器振动问题第二个最常见的原因。通常区分为两种形式:平行不对中和角不对中,通常不对中是两种的结合。有时一个转子必须在冷态和未运行时偏移,以便在运行和热态时保持对中。不对中主要造成2X转频振动,因为高度椭圆的轨迹驱使轴运行在不对中的一侧。有时不对中负荷可导致高次谐频(即转子转速整数倍频,尤其3X),甚至可能降低振动,因为它加载转子使其对轴承壳异常变强。

  或者,不对中可实际上引起1X振动增大,通过抬起转子使其离开重力加载的“轴承位置”,使轴承运行在相对卸载状态(这也可导致轴不稳定,后述)。典型的不对中特征表现为2X振动,香蕉或数字8形轨迹,通常伴随相对较大的轴向运动,也是在2X,因为联轴器经历非线性“压弯”每转两次。

共振

 振动超标是常见的问题,尤其在变频系统,很可能存在一个激励频率等于一个固有频率。为了避免共振,转子和轴承座的固有频率应该与“运球”型的力频率很好分离,它们很可能是1X转频(典型不平衡),2X(典型不对中),或叶轮流道数乘以转速(称为“流道通过”振动,当叶轮流道通过一个蜗壳舌或扩散器流道“切流”)

实际上,共振放大(常称为“Q”值)系数通常介于2至25之间,如果引起振动的力是稳定的而不是振荡的。Q取决于能量消耗的量,称为“阻尼”,它在碰撞中发生。在一个汽车车身,这个阻尼由冲击吸收器提供;在一个泵,它大部分由轴承和“环形密封”转子和定子之间的流体陷阱提供,像平衡活塞。

对应共振,模态冲击测试是非常有效和被证明的方法,可快速发现共振的原因并从根本解决它。典型的解决方法包括对最大振动运动区域选择性的支撑,或者增加质量。模态“敲击“测试最好在机器运行中进行,这样,轴承和密封是“承载的”并支撑转子,在泵的典型运行状态。确认你或服务商具有在机器运行条件下进行“敲击”测试的能力。

4、泵入口设计对振动的影响

入口法兰的机械连接,以及泵叶轮上游的液压设计,都会显著影响泵的振动。避免在大的管口有无限制的膨胀节(管路“柔性节”),然而,主要的液压问题是要有足够的静压避免气蚀。这意味着不仅仅具有足够的净正入口压头(NPSHA),还要高一些以满足厂家公布的3%压头下降NPSHR(需要的NPHS)

当NPSHA到3xNPHSR时,高频气蚀(有时听不见的)将引起叶轮流道入口侧或摩擦环出口侧的侵蚀,并导致低频有时流道通过频率振动增加。除了入口压力太低,如果泵运行在远离BEF点,进入的流体对旋转的叶轮流道的冲击角度会与泵的设计者在该转速下预测的不同,将在入口或出口发生流道失速,分别导致入口或出口回流。这种内部回流可引起流道压力侧的气蚀,导致旋涡状流随叶轮旋转,但是以一个较慢的转速,在意想不到的次同步频率激励转子临界转速,显著增大振动。

5、平衡

不平衡是机器振动过大最常见的原因(大约50%),紧随其后的是不对中。一般认为平衡分静态(质量中心偏离中心,质量分布主轴仍与旋转中心线平行)和动态(质量中心轴与旋转轴成角度)。对应轴向短的部件(如一个止推垫圈)二者的差别可以忽略,只需要单面静态平衡。对于长度大于1/6直径的部件,应考虑动态不平衡,至少需要双面平衡。

对于运行在二阶临界转速(对泵不常见)的转子,甚至双面平衡还不够,可能需要某些形式的高速模态平衡(即平衡去重考虑最接近的固有频率模态形状)。不平衡表现为1X频率,这是因为转子的重点以转速旋转,使振动运动以相同频率。一般它也导致一个圆形轴心轨迹,尽管如果转子在滑动轴承内承受高负荷轨迹可能为椭圆。

转子动力学评估

转子动力学需要一个比结构动力学更专业计算机程序,因为它必须包括的影响如:

◆ 在轴承,叶轮和密封,作为转速和负荷的函数的三维刚度和阻尼

◆ 叶轮和止推平衡装置流体激励力,和

◆ 陀螺效应

然而,一些大学和商业组织开发了转子动力学程序,可用的程序包括各种计算子程序,用于轴承和圆形密封(如摩擦环和平衡鼓)的刚度和阻尼系数计算,临界转速计算,激励响应和转子稳定性计算,它包括轴承和密封阻尼和“交叉耦合刚度”的影响(即与运动垂直的的反作用力)。