水泵機(jī)組振動現(xiàn)象的分析與研究

謝梅

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.22.053

摘 要：泵站是水利工程的重要組成部分，我國的泵站幾乎都承擔(dān)著防洪、除澇以及灌溉等任務(wù)的實施，為人民生活、生產(chǎn)所需的水資源提供重要保障，在水資源的利用調(diào)度上發(fā)揮著重要的作用。該文分析了泵站的作用，泵站的組成，泵站機(jī)組振動的危害，并詳細(xì)論述了振動的原因和減小振動的方法。

關(guān)鍵詞：振動的危害 機(jī)組振動原因 減小振動的措施

中圖分類號：TK284.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）08（a）-0053-02

泵站是水利工程的重要組成部分，我國的泵站幾乎都承擔(dān)著防洪、除澇以及灌溉等任務(wù)的實施，為人民生活、生產(chǎn)所需的水資源提供了重要的保障，在水資源的利用調(diào)度上發(fā)揮著重要的作用。筆者作為一名基層水利工作者，主要工作就是進(jìn)行泵站的日常管理維護(hù)，保障水泵機(jī)組的正常運(yùn)行。深知運(yùn)行穩(wěn)定性是保證水泵機(jī)組工作性能的重要指標(biāo)，而一臺水泵機(jī)組，是由多個零部件組合而成的彈性組合體，它旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力，機(jī)組支撐部分的松動、轉(zhuǎn)子振擺以及機(jī)組內(nèi)部不正常的音響等，都是振動不同形式的表現(xiàn)。因此，振動是機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定的基本表現(xiàn)形式，振動的大小成了機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定的重要技術(shù)指標(biāo)之一。

水泵是彈性組合體，不能單獨工作，水泵機(jī)組與進(jìn)出水管、進(jìn)出水池、輔助設(shè)備、控制設(shè)備等構(gòu)成一個完整的抽水裝置才能正常工作。怎樣才能保障泵站機(jī)組長時間安全運(yùn)行，起到興利除害的目的呢？影響機(jī)組安全運(yùn)行的原因很多，有水力形成的故障、機(jī)械原因的故障、機(jī)組振動原因引起的故障等，該文只從機(jī)組振動危害安全運(yùn)行方面加一探討。

水泵機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生的原因和它的表現(xiàn)形式，揚(yáng)程和負(fù)荷的波動、水壓力的脈動、機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的振擺、機(jī)組支承部分的彈性振動等都可以引起水泵機(jī)組振動。但振動的原因，主要有機(jī)械因素引起的振動、電磁力因素引起的振動和水力因素引起的振動等。

1 轉(zhuǎn)輪間隙不均引起的振動

轉(zhuǎn)輪間隙不均會使主軸產(chǎn)生徑向振擺，由于流過不均勻間隙的流速不均，導(dǎo)致間隙中壓力不等，而使大軸產(chǎn)生周期性振擺。

轉(zhuǎn)輪間隙不均，則流過轉(zhuǎn)輪間隙的水的流速也不等。間隙大的流速小，壓力大；反之流速大，壓力小。壓力大的必然氫轉(zhuǎn)輪推向壓力小的一側(cè)，使轉(zhuǎn)輪出現(xiàn)徑向位置偏移，這個徑向位置偏移又靠長的彈性軸（相對而言）來恢復(fù)原狀，一直不斷這樣重復(fù)開始，引起振動。

隨著轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，其間隙值出現(xiàn)不斷變化，而引起周期性的壓力脈動、脈動的頻率等于主軸的旋轉(zhuǎn)頻率，脈動的振幅變化規(guī)律，近似于正弦波。揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速、動態(tài)間隙變化值的大小與壓力脈 動成正比，間隙的大小與壓力脈動成反比。也就是說，壓力脈動引起的振動越小，轉(zhuǎn)輪間隙就大。但是間隙太大，漏損水量也就大，機(jī)組效率就會降低，動態(tài)間隙變化值的大小，取決于水導(dǎo)間隙的大小，主軸擺度的大小和轉(zhuǎn)輪的同心度偏差的大小。

案列分析：2003年安徽省淮河流域洪水較大，內(nèi)澇嚴(yán)重，淮南市泥河排澇站肩負(fù)泥河排澇任務(wù)，泥河排澇站是安徽省大型泵站，單機(jī)3 000 kW，流量30 m3，裝機(jī)4臺，在2003年4臺機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行，其中一號機(jī)組振動較大，在泵殼外能聽到噼里啪啦的氣蝕聲，汛后大修檢查原因發(fā)現(xiàn)葉輪間隙北大南小，屬于安裝質(zhì)量不高造成的。

2 葉片角度不同步引起的振動

葉片角度不同步，一是農(nóng)機(jī)大多制造粗糙，僅做表面處理澆鑄后不予加工，而翼型扭曲面，導(dǎo)致每片葉片不一致，因而葉片與水流的接觸面不一樣，方位不一樣，使葉柵流量不等，形態(tài)不一樣，千萬轉(zhuǎn)輪后的水流碰撞，引起振動，當(dāng)然也會降低效率；二是葉片角度安裝不統(tǒng)一，不規(guī)范，尤其是全調(diào)節(jié)葉片，葉片很難調(diào)整一致，一樣會因水力的不平衡而引起振動。

3 啟動過程引起的振動

這種振動，對于虹吸式流道而言，機(jī)組啟動時，殘存流道內(nèi)的空氣排除過程也就是虹吸形成的過程。水側(cè)位的高低決定著振動過程的長短，水位低，可抽的真空值就多，流道內(nèi)殘存的空氣就少，排氣的時間就短，振動的時間也就短。

這種振動，對于采用拍門的平直管式流道就是這一種阻尼式的水錘振動。這種振動一般來說是難免的，但時間畢竟是短暫的，相對來說對機(jī)組的影響不是很大，若想減輕這種振動，只有在出水側(cè)水位低于流道出口高程時啟動，并采用平直管式流道，這種條件很難滿足。

氣蝕是水流形成的，而流道、葉片形狀、角度、揚(yáng)程、淹沒深度等跟水流紊亂都有關(guān)系。壓力變化導(dǎo)致水流變化，進(jìn)口吸葉片的正背面產(chǎn)生氣泡，受擠壓面在進(jìn)入高壓區(qū)爆裂，沖擊力作用在葉片和泵殼內(nèi)壁面，再受反作用力的影響，引起振動，并伴有噪音。

4 其他水力因素引起的振動

（1）引水渠道不直，水流的進(jìn)水池中發(fā)生流向改變，引起一連串的漩渦，將空氣帶入，引起振動。

（2）攔污柵堵塞，使流速相對增加，過水?dāng)嗝鏈p小，降低進(jìn)口壓力，提高了相對速度，給氣蝕的發(fā)生提供了條件。

（3）設(shè)計的或施工的肘形進(jìn)水流道存在缺陷，水流在發(fā)生急劇轉(zhuǎn)彎后，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，使進(jìn)口流速分布不是軸對稱。轉(zhuǎn)彎半徑大的一側(cè)流速，低于轉(zhuǎn)彎半徑小的一側(cè)。因此，壓力分布也不是軸對稱，其結(jié)果為間隙氣蝕嚴(yán)重是轉(zhuǎn)彎半徑小的一側(cè)的，并且這種不是軸對稱的水流壓力，使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生徑向振動。

（4）進(jìn)泥塊、殘存的模板、鐵釘、銅筋頭、水泥薄殼等，導(dǎo)致表面不光滑都會破壞流態(tài)千萬漩渦，出現(xiàn)紊亂而引起水流道出現(xiàn)如突出的水振動。

（5）運(yùn)行工況點的選擇，葉片進(jìn)口速度三角形發(fā)生改變，沒有考慮揚(yáng)程的變化而引起氣蝕振動。

（6）由于廠房沉陷或安裝原因，引起轉(zhuǎn)輪同心度的偏離，除產(chǎn)生間隙氣蝕外，也會出現(xiàn)徑向振動。

上述內(nèi)容筆者從多角度分析了水泵機(jī)組在運(yùn)行中產(chǎn)生振動的原因。雖然輕微振動是不可避免的 ，但運(yùn)行中產(chǎn)生劇振則會導(dǎo)致整個機(jī)組損壞，甚至?xí)鹫麄€建筑物的振動，所以，在日常工作中減少水泵在運(yùn)行中的不良振動有著很大的實際意義。下面筆者就淺談一下減小振動的措施。

（1）水泵要保證在正常額定轉(zhuǎn)速的情況下運(yùn)行，不要抽送溫度過高的水體，盡量使水泵在額定流中徑、縮短管長、減少閘閥等。

（2）安裝時要按照規(guī)范要求施工，提高安裝質(zhì)量。首先，滿足固定部分中心線同心，電機(jī)和水泵幾何中心線同心；其次，定子鐵心與轉(zhuǎn)子磁極之間的間隙，葉輪間隙安裝復(fù)合要求。葉輪間隙與實際平均間隙之差不要超過平均間隙的20%，并提高電機(jī)與水泵連接處的剛性強(qiáng)度。

5 結(jié)語

在日常工作中，要加強(qiáng)對水泵機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)，確保泵站正常運(yùn)行，減少影響水泵機(jī)組產(chǎn)生劇烈振動的因素，提高水泵裝置工作效率，避免機(jī)組損傷、損壞甚至被逼停機(jī)，把振動控制在一定的合理范圍內(nèi)。

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