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泵的振动、运行、可靠性和维护

泵的振动、运行、可靠性和维护

Amin Almasi 泵沙龙 2023-06-05 07:35 发表于上海

前言


旋转轴(或转子)会产生振动,并将其传播到泵,然后传播到周围的设备、管道和设施。振动幅值通常随转子/轴的转速而变化。在临界转速下,振动幅值变大,轴发生共振振动。不平衡和不对中是引起泵振动的重要原因。然而,与泵相关的振动还有其它来源和形式。

振动,特别是由于不平衡和不对中引起的振动,一直是许多泵的运行、性能、可靠性和安全性关注的焦点。关键是对振动、平衡、对中和监测(振动监测)的系统方法。大多数关于泵振动、平衡、对中和振动状态监测的研究都是理论上的。

应特别注意工作应用的实际方面以及简化的方法和规则(适用于操作人员、工厂工程师和专家)。本文讨论了泵中的振动以及可能遇到的问题的复杂性和微妙性。


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泵中的振动


泵已被广泛应用于现代工厂和设施中。多年来,人们一直倾向于使用转速更快、功率更高、性能更好和振动水平更低的泵。然而,为了实现这些具有挑战性的目标,有必要更好地指定、运行和维护泵。这将转化为更好的设计、建模、模拟、分析、制造和维护。

过度的振动可能是一个发展中的问题或即将发生故障的迹象。振动和相关的震动/噪音被视为运行困难、可靠性问题、故障、不适和安全问题的根源。


振动部件


转子振动的基本特性通常是基于传统的和简化的公式来讨论的。这样,转子的振动在理论上可以分为两大部分:自由振动和受迫振动。

振动有两个主要组成部分,即正向振动和负向振动。在正向部件中,转子沿轴旋转方向绕轴承轴线沿着螺旋路径旋转。相反,在负向振动中,转子中心沿与轴旋转相反的方向绕轴承轴线作螺旋运动。如果泵的制造和运行良好,自由振动通常会迅速衰减,从而使受迫振动成为主要问题。

在振动分析、振动监测及其理解方面存在不同的挑战和困难。通常,随着振动频率的增加,由于振型复杂,计算/分析振动与实验/实际读数之间的相关性变得越来越困难。


实际泵及共振


对于许多种类的泵,例如那些具有变速能力的泵,设计和制造一种在所有可能的周期性扰动(激励)和所有可能的自然振动模式之间的共振中具有合理裕量的泵是不切实际的。

共振情况通常是不可避免的,例如变速电动机驱动器 (VSD) 或变速蒸汽轮机、燃气轮机和发动机。在实践中,应对泵组进行相应的尺寸设计,以应对共振。由于模态中涉及的高阻尼等原因,有些共振情况实际上并不危险。

对于其它情况,应制定适当的缓解方法。一种缓解方法是通过减少作用在振动模式的激励载荷来实现的。例如,由于不平衡和部件重量变化引起的激振力,可以通过适当的平衡来最小化。这些激振力通常可以从原始/正常水平降低70%至80%。

对于泵中的实际激励(实际共振),激励的方向应该与固有模态形状相匹配,从而使固有模态可以由该激励负载(或作用)激励。大多数情况下,如果激励方向与固有模态振型不匹配,则有可能与共振共存。例如,弯曲激励通常不能以扭转的固有频率激励。在极少数情况下,可能存在偶合扭转横向共振情况。应适当评估出现这种特殊情况或罕见情况的可能性。

最坏的共振情况是在同一频率下的固有振型与激励振型的一致性。在某些条件下,一些顺应性足以使激励激发模态振型。

此外,可能存在复杂的偶合情况,其中特定的激励将通过偶合振动机制激发不太可能的模式。通过比较激励模式和固有振型,可以形成对特定频率或谐波阶次的激励对泵是否有风险/危险的印象。实际经验、准确的测试和运行参考检查是评估理论共振案例风险的方法。


不对中


不对中是泵振动的主要来源。轴和联轴器的对中精度有限通常是一个关键挑战。通常存在转子中心线的小偏移(径向偏移)和角向偏差的连接,例如,由于配合法兰不垂直。因此,由于不对中,总会有一些振动。

当两半联轴器通过螺栓强制连接在一起时,轴的旋转会产生一对由径向偏移引起的旋转力和一对由不对中引起的旋转弯矩。对于不对中,该旋转力将在轴/转子每转一圈发生两次,并且特征振动激励速度是轴速度的两倍。

对于许多泵,运行速度范围和/或其谐波会干扰临界转速(固有频率)。因此,目标是避免出现危险的共振、问题和故障。相关的风险评估基于适当的模拟和运行经验。


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