立式多級離心泵電機非驅動端軸承噪聲問題分析

□ 付 煒 □ 孫 娟

1.浩卓泵業(杭州)有限公司 杭州 311103 2.南方中金環境股份有限公司 杭州 311107

1 問題情況

VX15-8型立式多級離心泵在客戶處使用了近600 h后,電機非驅動端出現噪聲。立式多級離心泵作為一款工業產品,廣泛應用于成套供水設備,水泵運行參數見表1,工作介質為清水。立式多級離心泵常見的使用單位是市政供水、地產公司,運行環境多為泵房、地下車庫。在這種靜謐的使用環境下,用戶對產品噪聲有更高的要求。由此,對于一些頻繁出現的噪聲問題,亟需進行分析解決。

表1 水泵運行參數

2 軸向力對軸承運行影響

立式多級離心泵電機內部結構如圖1所示。對泵體進行分析,立式多級離心泵作為一款整體結構緊湊、體積小、質量輕、噪聲低、節能效果顯著的工業產品,擁有平進平出的結構,為現場安裝節省了大量空間,隨之而來的問題便是在運行過程中始終會存在一個向下的軸向力,對電機軸承的運行產生影響。因此需要對軸向力進行全面分析。

▲圖1 立式多級離心泵電機內部結構

假設水泵吸入口壓力為P1,葉輪背面的壓力為P2,當P1大于P2時,會產生向下的軸向推力。當介質流經葉輪時,軸向進入,徑向流出,介質的反作用力施加于葉輪,進而產生軸向分力。 葉輪工作時,葉片工作面壓力大于背面,從而產生向下的軸向力。 立式多級泵轉子自重會產生一個向下的軸向力。

對受軸向力作用的電機運行狀態進行系統分析,軸向力的存在會導致泵體磨損,縮短水泵的使用壽命。當軸承在運轉過程中承受過大的軸向力,會加劇軸承損壞,從而產生噪聲、振動。

軸向力對電機驅動端軸承的影響一般大于非驅動端。在本次案例現場分析處理過程中,發現驅動端軸承未出現噪聲問題,所以排除軸向力對軸承的影響。

3 電機風罩噪聲分析

通過對現場產生噪聲工況下的一臺產品進行對照試驗,現場采集噪聲,再進行短時傅里葉變換,進行頻譜分析。風罩對噪聲的影響如圖2所示,頻譜分析如圖3所示。

▲圖2 風罩對噪聲影響

▲圖3 頻譜分析

根據短時傅里葉變換結果,推測安裝風罩時的噪聲來自共振。根據包絡分析結果,推測40.7 Hz及其倍頻為電磁頻率,未見軸承損傷頻率。

通過以上兩組分析,得出結論,本次噪聲問題有一部分來源于電機風罩共振。拆除風罩之后,噪聲有明顯下降,但仍然可以聽到異常噪聲,因此風罩并不是問題的要因。

4 真正原因分析

拆下非驅動端軸承,更換新軸承后,噪聲消失,于是把研究重點放在非驅動端軸承上。

進行軸承油脂成分分析,油脂的金屬元素含量見表2。經過軸承廠家分析,拆下的異響軸承不存在油脂變質,油脂元素成分比例符合要求。

表2 油脂金屬元素含量

進行軸承滾道、鋼球分析。使用電子顯微鏡觀察軸承滾道、鋼球表面形態,如圖4所示。在電子顯微鏡下,可以明顯看到滾道、鋼球表面沒有電腐蝕和機械磨損的痕跡,由此排除機械摩擦導致的軸承噪聲。

▲圖4 軸承滾道、鋼球表面形態

在拆解過程中發現,產生噪聲的軸承往往伴隨著油脂干澀問題,推測真正原因為軸承失油產生的噪聲,對油脂進行對照試驗。

在保證其它變量一致的前提下,對40臺異響電機進行非驅動端軸承更換,統一替換為填充了潤滑性能更好、更耐高溫油脂的軸承。

經過四個月的耐久運行試驗,電機運行正常,未出現噪聲超標問題。

5 應對措施

水泵作為工業系統中常見的介質輸送裝置,在設計、生產、使用、維護過程中,噪聲是需要重點關注的問題。需要通過精密檢測儀器、先進分析方法,針對性解決噪聲問題。

在二次供水行業的泵類產品選型時,由于現場存在一定的低頻運行工況,對軸承的運行溫度有更高的要求,因此需要根據實際情況來提升潤滑脂規格。

電機風罩雖不是此次噪聲的要因,但對軸承噪聲產生了一定的放大作用。為了更好地降低噪聲,適當增大端蓋和風罩的剛度,并且在相互接觸的位置增加吸振材料,在最大程度上降低噪聲。