淺析水泵振動原因及處理措施

洪久安+鄭章亮

【摘 要】 水泵在運行過程中，由于各種原因引起振動，嚴重影響泵的安全運轉，甚至還會造成設備的損壞，但其振動原因很復雜，特別是當前機組容量日趨大型化，水泵的振動問題尤為突出和重要，本文對這些故障的原因和處理措施提出一些建議和方法。

【關鍵詞】 水泵振動 ?出現問題 ?預防措施

1 前言

電廠中運行的轉動設備存在機械振動，它是物體或設備的某種狀態隨時間往復變化的一種物理現象。振動狀態是設備設計制造，安裝檢修和運行維護的綜合反映。振動水平是衡量機械設備能否持續可靠運行的重要指標。水泵的振動原因十分復雜，但大致可以分為水力振動和機械振動。

2 水力振動

水力振動主要是由泵內或管路系統中水的流動不正常引起的。產生水力振動的原因主要有水力沖擊，壓力脈動及汽蝕引起的。

2.1 水力沖擊引起的振動

水流由葉輪葉片的外端經過導葉或蝸殼舌頭部附近時，就會產生水力沖擊，且沖擊的程度隨水泵轉速和尺寸的加大而增高。當這一水力脈沖傳至管路系統及基礎上，就會產生噪音和振動;若這個水力脈沖的頻率和泵軸、管路系統或基礎的固有頻率相近，將會產生更為嚴重的共振。水力沖擊引起的振動的頻率，是葉片數和泵軸轉速的乘積或其倍數。

防止水力沖擊而引起的振動的方法有：（1）適當的增大葉輪外直徑與導葉或泵殼舌部內直徑的距離，即放大葉輪出水口的間隙。 ? （2）變更流道的線型以緩和沖擊。（3）總裝時，應將各級葉輪的葉片出口按一定的節距錯開，同時導葉片的組裝位置方位不要互相重疊，而是按一定順序錯落布置，這些措施將會減輕水力脈沖。

改變管路系統的共振頻率不能減小泵的水力沖擊，只有在水泵的水力設計上想辦法降低葉片脈動的強度才能根本解決問題。

2.2 壓力脈動引起的振動

高壓給水泵有設計規定的允許最小流量，若低于此流量運行，則會導致葉輪的流動惡化，甚至在葉輪的進出口處產生內部回流，形成局部的渦流區和負壓并沿圓周方向旋轉。由此引起的壓力脈動使泵的壓力高低不定，流量時大時小，并且會引起壓水管路的劇烈振動和類似喘氣的聲響（即“喘振”現象）。我們把上述這種現象稱為“旋轉失速”，其振動的頻率在0.1～10Hz的范圍。

壓力脈動產生必須同時具備下列三個條件：（1）qv-H性能曲線出現駝峰部分，且恰好在泵的運轉范圍之內。對高壓給水泵，且在曲線qv-H的關死點附近易于形成向右上方傾斜的部分。（2）泵的出水管路中有積存空氣的部位。（3）調節閥等節水裝置位于上述可積存空氣的部位之后。

根據前述幾個條件，防止水泵發生壓力脈動的主要方法有：（1）改善水泵的設計，如適當的減小葉片出口角。（2）布置管路時不要有起伏并保持一定的斜度以免壓出管內積存空氣。另外盡量把調節閥，流量計等節流裝置放在靠近泵的出口處安裝，以確保泵和這些節流裝置疊加后的qv-H曲線沒有向上傾斜的部分，從而減少產生壓力脈動的危險。（3）裝設再循環管來改善泵在低負荷工況下的運行，使泵內的流量始終不低于泵的qv-H曲線中向上傾斜部分的流量。（4）在運行中負荷減小時，若幾臺泵并聯運行，則應盡量提前停掉富裕的水泵，保證其余的泵在正常情況下運轉。

2.3 汽蝕引起振動

高壓給水泵的汽蝕主要在大流量時發生，當泵入口壓力低于相應水溫的汽化壓力時，就會發生汽蝕，并引起泵的劇烈振動和發出噪聲。

由汽蝕引起的振動的頻率約為600～25000Hz，在設計和運行中可以采取下列措施防止：

（1）除氧器水箱的容量應滿足給水泵急劇增減負荷時的需求。除氧器水箱與給水泵的標高差應適當地增大，以確保泵入口有足夠的壓差。（2）水泵的吸入管路應盡可能的縮短，以減少吸入管的阻力損失，并且避免有較長的，水平的吸入管段。（3）運行中的負荷變化應盡量平緩，一旦發生汽蝕，應適當地減小流量或降低轉速。

3 機械振動

機械振動是由于各種機械原因而引起的振動，主要原因有：

（1）回轉部件不平衡引起的振動。（2）中心不正引起的振動。如果水泵與原動機聯軸器中心不正或端面平行度不好，就會因水泵與原動機的結合狀態不平衡而產生強制性振動。通過單獨試轉原動機而不振動，這時就可能是聯軸器中心不正。造成中心不正的原因有：1）水泵在安裝或檢修后找中心不正，試轉時就會產生振動。這種情況應重新找正。2）暖泵不充分而造成水泵因溫差引起變形，使中心不正。選擇適當的暖泵系統和方式增強暖泵的效果。3）水泵的進出口管路重量若由泵來承受，當其重量過大，就會使泵軸中心錯位，這樣泵啟動時就開始振動。所以在設計和布置管路時，應盡量減少作用于泵體上的載荷及力矩。4）軸承磨損也會使中心不正，此時振動是逐漸增大的，必須要盡早修復或更換。5）聯軸器的螺栓配合狀態不良或齒形聯軸器的齒輪嚙合狀態不佳，都會影響中心的對正而使振動逐漸增大。（3）聯軸器螺栓加工精度不高引起的振動。在這種情形下，只有部分螺栓承擔全部的扭矩，從而使原本沒有的不平衡力傳至泵軸上引起振動。此時振動的頻率等于轉速，振幅則隨負荷的增加而變大。（4）動，靜部件摩擦引起的振動。如果由于熱應力而使泵體變形過大、泵軸彎曲，或是其他原因使泵內動、靜部件接觸，則接觸點的摩擦力作用于轉子回轉的方向上，迫使轉子劇烈地振擺旋轉。這是一種自激振蕩，與轉速無直接關系，其頻率等于轉子的臨界速度。（5）泵軸的臨界轉速引起的振動。如果水泵的工作轉速接近其臨界轉速，就會產生共振。所以在設計時，需將泵的工作轉速與臨界轉速錯開，留有一定的安全距離。（6）油膜振蕩引起的振動。這是滑動軸承上因油膜的作用而發生一種自激振蕩，其頻率等于轉子的一半轉速或轉子的臨界轉速。（7）平衡盤設計不良引起的振動。由于平衡盤設計的穩定性差，在運行工況改變時就會產生左右的晃度，造成泵軸有規則的振動和動、靜盤的磨損。（8）基礎及泵座不良引起的振動。由于基礎的下沉使轉子中心改變，將引起泵的振動，若基礎的固有頻率不大且恰與泵的轉速一致，就會產生共振。另外，泵座本身的剛性不好，則其抗振性差也易于引起振動。

4 結語

水泵是電站和給排水工程關鍵而重要的設備，振動直接影響到其使用壽命和運行的安全性。降低水泵振動除了在設計，安裝和運行中采取措施外，還應加強日常管理，定期檢修，排除隱患。endprint