漫談離心泵的振動

振動：

振動是一種圍繞平衡點發生振蕩的機械現象。

在泵及其它旋轉設備的世界里，均不希望出現不可接受的振動，因為振動不僅浪費資源和能量，而且還會產生不必要的噪音。例如，發動機、電動機或任何運行中的旋轉設備的振動運動通常是不需要的。這種振動可能是由旋轉部件的不平衡、不均勻的摩擦或齒輪齒的嚙合不良引起的。精心的設計通常會最大限度地減少不必要的振動。由于振動共振而產生的力可能非常大。這些力會傷害您的設備，并可能導致嚴重的事故和損壞。工業傳感器系統可以檢測一系列的常見問題，包括以下的問題。

不對中：

對中問題會導致設備嚴重磨損。一旦轉子不對中，它就會產生一個徑向力，該徑向力會傳遞到轉子組件上，在許多情況下，會導致不對中隨著時間的推移而變得更嚴重。如果不加以糾正，由不對中引起的振動和溫度變化會導致其它問題，例如密封、聯軸器和軸承失效。幸運的是，軸振動分析通常可以在系統故障之前識別出這個問題。

不平衡運行：

在使用材料加工制造的設備中，不平衡是一個常見的問題。當質量在整個旋轉機構中分布不一致、引起轉子不平衡時，就會導致振動。用于設備振動分析的傳感器，可以快速檢測不平衡轉子振動的明顯正弦波形。

松動：

應偶爾目視檢查旋轉設備是否有在運行過程中松動的零部件。如果安裝螺栓松動，設備零部件會出現不必要的移動，導致低頻振動。轉子組件內的松動零件可能會導致嚴重的問題 - 可能會造成不平衡或導致軸承卡住。內部零件松動會導致各種振動和過早磨損，這取決于它們的位置及其與其它零部件的相互作用。雖然在這種情況下，振動分析方法會發出問題的信號，但您需要完成目視檢查并解決根本原因。

流體不穩定：

許多旋轉設備系統包括流體的運動。如果設備沒有準確對中和校準，內部流體可能會導致特定類型的振動。這種振動可能是不一致的，并且通常以相對于轉子轉速的不規則頻率發生。分析包含流體系統需要仔細考慮的系統組件 - 密封、泵和壓縮機 - 可能會影響流體動力學。

零部件磨損：

軸承和其它運動部件偶爾需要更換。有時，零部件會在其預期的更換日期之前開始失效。旋轉機械振動分析可以檢測部件在系統中出現滑動、摩擦或不平衡時的早期退化。

離心泵振動：

離心泵是當今使用比較多的旋轉機械設備之一。泵在幾乎所有公用事業服務和發電廠中都是用到的。據估計，泵消耗了整個行業使用的旋轉設備電力的約31%。泵是我們當今地球上生活的重要組成部分。離心泵的基本工作原理是，安裝在泵體（或蝸殼）內的軸上的旋轉葉輪將能量傳遞給被移動的流體。離心泵利用離心力（因此得名）來增加流體通過葉輪并從葉輪葉片葉尖或外圍流出時的速度。該動作通過將流體加速到更高的速度和壓力（勢能）而將機械能（軸扭矩）轉換為動能。

泵性能：

泵遵循基本的性能規律（如相似定律、切割定律。這有助于確定運行參數變化的影響，并有助于確定運行問題的原因。這些基本定律適用于大多數離心泵或泵系統。1  流體流量隨葉輪轉速或直徑的變化而變化。2  揚程隨葉輪葉片葉尖速度的平方而變化。3  功率隨泵送流體的體積和比重而變化。4  功率隨轉速或葉輪直徑的變化而變化。

使用振動分析檢測泵問題：

離心泵受到由其運行速度、系統揚程、壓力和管道布置產生的運行力的影響。這些運行力會導致強迫振動，可能來自旋轉部件或運行工況（流量、壓力、速度和布置）。這種振動會降低泵軸承和其它零部件的預期壽命。

常見泵振動問題概述：

1 汽蝕

汽蝕通常會產生隨機的高頻寬帶能量，有時會與葉片通過頻率諧波（倍數）疊加。汽蝕是凈正吸入壓頭（NPSH）不足的癥狀。當泵送液體流經過流部件的某些局部區域因某些原因、液體的絕對壓力降低到泵送溫度下液體的飽和蒸汽壓力（汽化壓力）時，液體便在此處發生汽化，產生蒸汽、形成汽泡；同時，溶解于液體中的氣體也會以汽泡的形式析出，在局部區域形成兩相流。當汽泡移動到高壓區時，汽泡周圍的高壓液體將會使汽泡迅速凝結縮小、破裂。在汽泡凝結縮小、破裂的瞬間，汽泡周圍的液體將高速填充（汽泡凝結破裂形成的）空穴，產生強烈的沖擊波。這種產生汽泡和汽泡破裂使過流部件遭到破壞的過程就是泵的汽蝕過程。蒸汽氣泡的坍塌可能具有非常大的破壞性，并可能損壞泵和葉輪。當出現汽蝕現象時，聽起來就像“彈珠"或“礫石"正在通過泵。只有當泵的必需汽蝕余量（NPSHR）低于裝置汽蝕余量（NPSHA）時，才可能避免汽蝕現象的發生。

2 泵流動脈動

泵流動脈動是當泵在其關閉壓頭附近運行時出現的一種情況。時間波形中的振動將是正弦的。此外，頻譜仍將以1X RPM和葉片通過頻率為主。然而，這些峰值將是不穩定的，隨著流動脈動的發生而增加和減少。泵出口管道上的壓力表會上下波動。如果泵出口具有旋啟式止回閥，則閥臂和配重將來回反彈，表明流動不穩定。

3 泵軸彎曲

彎曲的軸問題會導致高軸向振動，同一轉子上的軸向相位差趨于180°。如果彎曲在軸中心附近，則主要振動通常發生在1X RPM；但如果在聯軸器附近彎曲，則主要振動發生在2X RPM。泵軸在聯軸器處或附近彎曲更常見。千分表可用于確認軸的彎曲。

4 泵葉輪不平衡

泵葉輪應在泵原始設備制造商（OEM）處進行精確平衡。這一點尤其重要，因為不平衡引起的力會極大地影響泵軸承的壽命（軸承壽命與施加的動載荷立方成反比）。泵可能具有中心懸掛或懸臂式葉輪。如果葉輪是中心懸掛的，則力不平衡通常會超過偶不平衡。在這種情況下，最高振動通常是在徑向（水平和垂直）方向上。最高振幅將在泵的運行速度（1X RPM）下。在力不平衡的情況下，水平外側和內側相位與垂直相位將大致相同（+/- 30°）。此外，每個泵軸承的水平相位和垂直相位通常相差約90°（+/- 30°）。根據其設計，中心懸掛式葉輪在內側和外側軸承上具有平衡的軸向力。軸向振動升高強烈表明泵葉輪被異物阻塞，導致軸向振動通常在運行速度下增加。如果泵具有懸臂式葉輪，這通常會導致軸向和徑向1X RPM 過高。軸向讀數趨于同相和穩定，而徑向相位讀數可能不穩定的懸臂轉子既有力不平衡，也有偶不平衡，每個都可能需要校正。因此，校正砝碼通常必須放置在 2個平面上，以抵消力和偶不平衡。在這種情況下，通常需要拆下泵轉子并將其放在平衡機上，以使其平衡到足夠的精度，因為在用戶現場通常無法接近2個平面。

5 軸不對中

軸不對中是直接驅動泵的一種情況，其中兩根連接的軸的中心線不重合。平行不對中是軸中心線平行但彼此偏移的情況，振動頻譜通常會顯示出1X、2X、3X……高，嚴重時會出現更高頻的諧波，在徑向方向上聯軸器相位相差180°。角度不對中將顯示高的軸向1X，一些2X和3X，在聯軸器兩端的相位差180°反相。

6 泵軸承問題

非同步頻率下的峰值（含諧波）是滾動軸承磨損的癥狀。泵的軸承壽命短通常是由于應用的軸承選擇不當造成的，例如負載過大、潤滑不良或高溫。如果軸承的型號和制造商已知，則可以確定外圈、內圈、滾動體和保持架的具體故障頻率。此類軸承的這些故障頻率可在當今大多數預測性維護（PdM） 軟件的表格中找到。