基于顆粒阻尼的立式屏蔽泵底座減振技術研究

文宏剛，丁強民，劉海山，劉廣兵，董文平

（合肥通用機械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

屏蔽泵屬于離心式無密封泵，因具有絕對無泄漏、結構緊湊、運行平穩、噪聲低的特點，廣泛應用于核電、石油、化工、制冷、制藥以及國防軍工等重要領域，用于輸送貴重、易燃、易爆、高溫高壓、腐蝕性、放射性的介質，因此，保證屏蔽泵正常運轉十分重要。立式屏蔽泵振動過大不僅會降低效率和使用壽命，嚴重時還會造成環境污染和威脅人身安全。

顆粒阻尼技術利用在振動體中有限封閉空間內填充的微小顆粒間摩擦與沖擊作用消耗系統振動能量。該技術具有耐久性好、可靠度高、對溫度變化不敏感，易用于惡劣環境等優點，廣泛應用于各種工程結構中。

長期以來，屏蔽泵的研究關注點僅是流量、揚程、軸功率等性能參數，對屏蔽泵的振動未給予足夠重視。因此，本文將以某型立式屏蔽泵為研究對象，對其底座結構進行優化設計，在保證剛度和強度性能的前提下，應用顆粒阻尼技術，降低泵組振動，為同類型屏蔽泵的減振和應用提供參考。

1 振動特性分析

本文研究對象為某型立式屏蔽泵，用于輸送NaOH 溶液，主要參數為：流量4.0m3/h，揚程35m，轉速2920r/min，電機功率2.2kW，機腳振動典型1/3 倍頻程譜如圖1 所示。

從倍頻譜可以看出，頻帶較寬，在軸頻倍頻處存在幅值峰值，在葉頻分頻處存在較小的幅值峰值，說明存在轉子不平衡。低頻振動幅值較小，高頻振動（1 ～10kHZ）幅值較大，振動能量主要集中在高頻，說明引起該泵振動的主要激勵力是可能泵內流體激勵力。另外，在頻譜圖上還存在著一些與軸頻無明顯關系的波峰，這些可能是其他因素造成的，如基座結構剛度不足、安裝間隙不合理、旋轉部件制造質量不高等。

2 改進措施

立式屏蔽泵底座由上環、加強筋、底環三部分組成，材料為0Cr18Ni9。考慮在不影響底座強度和剛度性能的前提下，能夠填充顆粒阻尼，因此依據離心泵設計理論和工程經驗，提出了以下方案，見圖2。與原方案相比，改進方案將上環和底環加厚，將支撐筋涉及為5 根，同時將筋設計為空心圓柱結構，方便填充顆粒阻尼。

圖1 立式屏蔽泵機腳振動典型1/3 倍頻程譜

圖2 兩種底座改進方案

3 顆粒阻尼技術的應用

圖3 六種顆粒阻尼

本項目選用了六種阻尼材料，如圖3 所示，A 為1.2mm陶瓷球，B 為1.85mm 陶瓷球，C 為3.0mm 陶瓷球，D 為60 目石榴石砂，E 為80 目石榴石顆粒，F 為3mm 鋼丸。選用改進方案底座，裝入以上各種顆粒，進行對比試驗，測試結果表1。

從表1 可以看出，試驗結果表明，顆粒阻尼可以有效地降低泵組振動，其中顆粒F 減振效果最明顯，可降低2dB，最終機腳振級為111.8dB。

表1 六種顆粒阻尼減振效果

4 結語

粒阻尼可以有效地降低泵組振動，其中選用3mm 鋼丸減振效果最好，可以降低2dB，最終機腳振級為111.8dB。

綜上所述，將原方案底座的上環和底環加厚，將支撐筋數量設計為5 根，并將筋設計為空心圓柱結構，內部填充顆