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泵振动及故障排除策略（上）泵振动及故障排除策略（上）前言 振动是对泵和驱动机进行的最常见测量之一，用于评估设备的运行及状态。测量泵振动的几个原因如下： - 初始验收和调试测试 - 用于预测性维护的趋势和分析 - 排除振动和噪音故障 - 监测机器的健康状况 - 延长设备寿命 - 防止意外或灾难性故障 图1：单循环的振动振荡运动（位移单位为mils，图片由水力协会提供） 如果用户遇到高振动问题，他们很可能会有疑问。例如：振动是否过大？是否会造成损坏？如何找出原因？这些都是合乎逻辑的问题，但答案可能很复杂，需要了解振动原理、泵设计、泵产生的力和动力学、测量技术、仪器、分析仪和故障排除方法。 泵振动、单位、受迫振动 振动可描述为物体由于反作用力、质量、阻尼和刚度之间的关系而围绕其静止位置产生的振荡运动。图1展示了这种振荡运动，并指出振动告诉我们部件移动或位移的程度。在起点（红色），物体的振幅为零。当它移动了90度（完全向右）时，它移动了1 mils。然后，它又振荡回来，在180度处穿过零点（红色），在270度处移动到 -1 mil（完全向左），然后返回到零点，完成一个（周期）循环。通常以峰值到峰值（pp）位移来测量这一移动，本例中的峰值到峰值（pp）位移为 2 mils。 图 2：RMS、峰值、峰-峰值及周期图 图1中的插图经过简化，只考虑了一个自由振动周期。频率取决于完成一个周期所需的时间。例如，如果这个振荡周期每秒发生10次，频率就是10赫兹（Hz）或每分钟 600 个周期（cpm）。在10赫兹的例子中，完成一个周期所需的时间是频率的倒数或十分之一秒。本示例的单位是mils pp，这是表示位移振幅的常用方法。图2说明了pp的含义，同时也说明了单位可以用零到峰值（pk）和均方根 （RMS）来表示，如图所示。此外，还说明了时间周期（T）。 对于单频信号波，如图2上图所示，pp振动将是pk的2倍，RMS 振动将是pk的0.707倍。但是，对于非单频的时间波形，pp、pk 和RMS振动值的确定就不那么简单了，如图2下图所示。 振幅的其它单位是速度和加速度。速度测量物体振动的速度（in./s），加速度测量速度的变化率（G）。两者都与位移有关，速度和加速度振幅可以根据频率从位移中计算出来，如图3所示。显而易见的是，对于恒定速度（0.250 in./s pk），低频时位移明显，而加速度有限。相反，高频时位移受限，加速度明显。 图 3：恒定速度0.25 in./s时作为频率函数的等效振动振幅 常用的振幅单位如下： - 测量轴振动或低频壳体/箱体振动时的 pp 位移 - 在考虑整体振动的趋势或验收时使用 RMS 速度 - 当考虑破坏力水平（尤其是高频率时）时使用 G的pk 击和振动，这些冲击和振动与轴转速的整数无关。这些受迫振动的倍数或阶数可能显示为谐波（叶片通过频率：3x、6x、9x等）。 图 4：在 1 倍（1x）和 3 倍（3x）（叶片数）轴转速下，泵因不平衡和叶片通过而产生受迫振动 自由振动是系统在其固有频率下的振荡。从本质上讲，这些是系统在自然激励时的振动频率和模态振型。如图 5的右图（原文中缺少图5）所示，如果我们考虑立式泵和地上结构，则会有一个固有频率，其模态振型表示挠度（偏转）。这是第一种地上固有频率模式，被称为簧片临界频率 (RCF)。正如 X-X 和 Y-Y 截面所示，RCF值会随方向而变化。请注意，可能还需要考虑其它固有频率和不同的模态振型。 泵的受迫振动和动力学可能很复杂，会产生许多不同的受迫振动频率，结构和转子的动力学也会对泵的整体振动产生影响。一个重要的启示是，当受迫振动激励频率（即使力很小）与固有频率重合时，就会出现共振情况，从而导致振动放大。因此，除非有足够的阻尼来限制振动的放大，否则受迫振动和固有频率之间一般至少需要有10 % 的间隔裕度（见图 6）。在某些情况下，共振更有可能发生，为谨慎起见，可指定或预先进行动态分析，以限制共振引起的高振动的几率。有关更多的指导和建议，请参阅美国国家标准学会（ANSI）/ 水力学会（HI）9.6.8 Rotodynamic Pumps - Guideline for Dynamics of Pumping Machinery。 图6：相对于阻尼和间隔裕度的谐振放大系数示意图 文章第2部分将涵盖泵振动的测量，以进行初步验收，介绍复杂程度不断增加的故障排除方法，并提供使用趋势、时间波形、频谱等的示例分析。 参考文献 1）Hydraulic Institute, ANSI/HI 9.6.4 Roto-dynamic Pumps for Measurement and Acceptable levels, www.pumps.org 2）Hydraulic Institute, ANSI/HI 9.6.5 Rotodynamic Pumps Guideline for Con-dition Monitoring, www.pumps.org 3）Hydraulic Institute, ANSI/HI 9.6.8 Rotodynamic Pumps Guide-line for Dynamics of Pumping Machinery, www. pumps. org 4）Gaydon, Claxton, Cropper, Marscher, Methods to Determine and Specify Rotodynamic Pump Dynamic Analysis, OakTrust - Texas A&M university Libraries, oaktrust.library.tamu.edu 5）Pump Systems Matter, Introduction to pump vibration webinar, www. training. pumps. org 6）Pump Systems Matter, Vibration trouble-shooting webinar, www. training. pumps. org 作者简介：Pete Gaydon 是水力学会的副执行主任。 |
