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    關于船用離心泵的振動與耐震性能

    2020-10-28

    振動是機器損壞和失靈的一個十分重要的原因。機器的振動不僅導緻機器運轉不正常或産生明顯的加速磨損,而且對機器構件材料的強度也會起一定的破壞作用。材料在長期的振動作用下會産生振動疲勞,從而導緻材料的破損甚至斷裂,而且還會對機組内部零部件、機組與管路、管路與管路的連接帶來影響,造成連接松動、密封失效、管路破壞以及接觸材料之間的接觸性破壞等。同時,激烈的振動會伴随嚴重的噪聲。

    和其它船用機械一樣,船用離心泵的運行振動是由如下主要原因産生的。
    1. 離心泵是一種旋轉式流體機械,在運行時會自身産生振動
    2. 由船舶其它設備引起的振動,如主機的振動、螺旋槳的振動以及其它幹擾力引起的振動等y
    3. 由外部原因如大風、巨浪、船舶的搖擺和傾斜等引起的振動等。

    在所述的原因中,雖然由于風浪等外部原因引起的船舶的運動是導緻船用離心泵産生振動的一個因素,但因船舶運動的加速度很小,加之離心泵的質量也比較小,故對其産生振動的影響不大。然而,由船舶上的其它設備、尤其是主機的運行所引起的振動卻是比較大的。這一點已被在主機運行而泵處于停車狀态下船用離心泵振動幅度的實船測試數據所證明。因此,在設計船用離心泵機組内部結構和安裝結構的時候,必須要順及到這些影響。

    應該指出,船用離心泵運行時産生振動的根本原因在于泵自身的内部結構、驅動特性和運行調節特性以及輸送液體的運動學和動力學特性等,比如:
    1. 吸入管路設計得不合理,緻使其内存在氣囊或渦流區
    2. 轉子部件旋轉不平衡
    3. 轉子旋轉速度接近臨界轉速
    4. 原動機驅動轉速不穩定;
    5. 原動機軸與泵軸連接不對中
    6. 軸承部件設計不合理
    7. 采用了欠妥的葉輪密封環結構
    8. 葉輪與導葉間的間隙值過小
    9. 葉輪葉片數和導葉葉片數搭配不合理
    10. 泵内存在汽蝕
    11. 泵在特性曲線上的“駝峰”區内運行
    12. 泵的負荷不穩定s
    13. 連接剛性差或連接松動
    14. 機座的剛性差,
    15. 泵、附件和管路尺寸匹配不适當
    16. 其它。

    要想降低離心泵的運行振動,就應該首先從完善結構設計、穩定運行特性和降低流體動力脈動等方面着手,以達到控制振動源、降低振動幅度的目的。與此同時,還可以采用其它一些隔振和降振措施,以使泵的運行振動降至最低值。

    為了降低船用離心泵在運行時所引起的振動,通常所采用的辦法有如下幾種
    1. 精确地進行旋轉部件的平衡
    要想使運行時的振動幅度降至最小,應該在高心泵安裝之前對其旋轉部件進行十分精确的平衡。根據離心泵技術要求的規定,由于鑄造和加工誤差的存在,因此應使離心泵的葉輪在裝配前進行靜平衡實驗,以消除可能導緻離心泵産生振動的不平衡重量。除此自外,對于大功率、高轉速的離心泵的轉子,還應該在平衡機上進行動平衡檢查,以消除由于存在于軸線平面内的不平衡力矩所引起的振動,經驗證明,減少轉子的不平衡度,使激振力盡可能地減少到最小值,這是一種降低任何旋轉機械運行振動的行之有效的方法。
    2. 使轉子的旋轉頻率遠離共振區
    當離心泵轉子的旋轉速度達到某一個數值時,泵就會産生極為劇烈的振動;在高于或低于這個轉速時,泵就能平穩工作。這種轉速被稱為泵轉子的臨界轉速。從材料力學可知,轉子的臨界轉速有好幾個,它們都是可能導緻轉子破壞的轉速。為此,離心泵的工作轉速不應該與其轉子的臨界轉速相等或互成倍數,甚至不應過分接近,否則就會因共振現象而破壞正常工作。因此,使泵的旋轉頻率避開轉子的臨界轉速就成為任何泵在轉子設計時必須要慎重解決的一個問題。
    3. 合理地設計軸承
    軸承是離心泵機組運行時的一個振動源,同時又是離心泵直接接受振動影響的部件。軸承的振動程度除了取決于自身的制造質量外,同時還要受到軸承間隙和軸承同心度的直接影響。另外,軸承潤滑劑的性能也是軸承振動程度的一種影響因素。一般說來,潤滑油對軸承的振動能起一定的減緩作用,油的粘度越高,減振作用越大,同時噪聲也越小。因此,采用合适的軸承結構和設計參數,選用恰當的潤滑介質及潤滑方法,就可以大大減小轉子旋轉的不平穩性,從而也就可以大大降低轉子振動的幅度。
    4. 正确地選擇離心泵與管路的連接
    船用離心泵運行所産生的振動會通過連接管路和輸送的液體傳出,同樣,吸入壓力的波動和船體的振動也能夠通過連接管路和輸送的液體傳入。因此,正确地選擇離心泵與管路的連接方式,也是一種降低機組運行振動的良好措施。
    5. 穩定泵的輸入參數
    要想降低船用離心泵的運行振動和伴之而來的機械噪聲和流體噪聲,應該使泵的輸入參數達到穩定。從原動機輸入的轉速的任何微小的不均勻性都會直接造成離心泵輸送液體流量的波動,而這種流量的波動又必然會伴之壓力的脈動,所以會使泵産生機械振動和噪聲。雖然在計算離心泵特性曲線時可以進行不同轉速下的性能換算,然而由于液體流動的複雜性難以用完整的數學計算式表達,轉速不均勻時引起的壓力脈動遠比用相似定律表達的計算式複雜,因此應該将原動機的輸入轉速的誤差控制在允許範圍之内。輸入壓力的不均勻性會給離心泵進口處的液流狀況造成不利的影響。除了過低的吸入壓力會導緻離心泵産生汽蝕之外壓力的波動會導緻液流在吸入管路中産生一種周期性旋渦。這種旋渦的存在不僅會影響泵的外特性的精确測量,而且會造成泵的振動。因此,在進行離心泵的裝置設計時,應該保證泵能夠獲得穩定的進口壓力。如果泵從壓力波動的容器内抽吸液體,或者從容積很小的容器内抽吸液體,就必定會導緻振動。
    6. 合理地設計過流部件
    合理地設計過流部件,這不僅是減少船用離心泵在運行過程中産生振動和噪聲的需要,而且也是保證離心泵正常工作的需要。合理地設計過流部件,不僅可以提高離心泵動力性能和汽蝕性能指标,提高泵的運轉可能性和經濟性,而且還能降低它們的運行振動和噪聲,改善維護保養條件,同時也給船舶的性能指标帶來好處。
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