立式多級(jí)離心泵電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承噪聲問(wèn)題分析

□ 付 煒 □ 孫 娟

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

1 問(wèn)題情況

VX15-8型立式多級(jí)離心泵在客戶(hù)處使用了近600 h后,電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端出現(xiàn)噪聲。立式多級(jí)離心泵作為一款工業(yè)產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于成套供水設(shè)備,水泵運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1,工作介質(zhì)為清水。立式多級(jí)離心泵常見(jiàn)的使用單位是市政供水、地產(chǎn)公司,運(yùn)行環(huán)境多為泵房、地下車(chē)庫(kù)。在這種靜謐的使用環(huán)境下,用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品噪聲有更高的要求。由此,對(duì)于一些頻繁出現(xiàn)的噪聲問(wèn)題,亟需進(jìn)行分析解決。

表1 水泵運(yùn)行參數(shù)

2 軸向力對(duì)軸承運(yùn)行影響

立式多級(jí)離心泵電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。對(duì)泵體進(jìn)行分析,立式多級(jí)離心泵作為一款整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、噪聲低、節(jié)能效果顯著的工業(yè)產(chǎn)品,擁有平進(jìn)平出的結(jié)構(gòu),為現(xiàn)場(chǎng)安裝節(jié)省了大量空間,隨之而來(lái)的問(wèn)題便是在運(yùn)行過(guò)程中始終會(huì)存在一個(gè)向下的軸向力,對(duì)電機(jī)軸承的運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此需要對(duì)軸向力進(jìn)行全面分析。

▲圖1 立式多級(jí)離心泵電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

假設(shè)水泵吸入口壓力為P1,葉輪背面的壓力為P2,當(dāng)P1大于P2時(shí),會(huì)產(chǎn)生向下的軸向推力。當(dāng)介質(zhì)流經(jīng)葉輪時(shí),軸向進(jìn)入,徑向流出,介質(zhì)的反作用力施加于葉輪,進(jìn)而產(chǎn)生軸向分力。 葉輪工作時(shí),葉片工作面壓力大于背面,從而產(chǎn)生向下的軸向力。 立式多級(jí)泵轉(zhuǎn)子自重會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向下的軸向力。

對(duì)受軸向力作用的電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)分析,軸向力的存在會(huì)導(dǎo)致泵體磨損,縮短水泵的使用壽命。當(dāng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中承受過(guò)大的軸向力,會(huì)加劇軸承損壞,從而產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)。

軸向力對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承的影響一般大于非驅(qū)動(dòng)端。在本次案例現(xiàn)場(chǎng)分析處理過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端軸承未出現(xiàn)噪聲問(wèn)題,所以排除軸向力對(duì)軸承的影響。

3 電機(jī)風(fēng)罩噪聲分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生噪聲工況下的一臺(tái)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)采集噪聲,再進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換,進(jìn)行頻譜分析。風(fēng)罩對(duì)噪聲的影響如圖2所示,頻譜分析如圖3所示。

▲圖2 風(fēng)罩對(duì)噪聲影響

▲圖3 頻譜分析

根據(jù)短時(shí)傅里葉變換結(jié)果,推測(cè)安裝風(fēng)罩時(shí)的噪聲來(lái)自共振。根據(jù)包絡(luò)分析結(jié)果,推測(cè)40.7 Hz及其倍頻為電磁頻率,未見(jiàn)軸承損傷頻率。

通過(guò)以上兩組分析,得出結(jié)論,本次噪聲問(wèn)題有一部分來(lái)源于電機(jī)風(fēng)罩共振。拆除風(fēng)罩之后,噪聲有明顯下降,但仍然可以聽(tīng)到異常噪聲,因此風(fēng)罩并不是問(wèn)題的要因。

4 真正原因分析

拆下非驅(qū)動(dòng)端軸承,更換新軸承后,噪聲消失,于是把研究重點(diǎn)放在非驅(qū)動(dòng)端軸承上。

進(jìn)行軸承油脂成分分析,油脂的金屬元素含量見(jiàn)表2。經(jīng)過(guò)軸承廠(chǎng)家分析,拆下的異響軸承不存在油脂變質(zhì),油脂元素成分比例符合要求。

表2 油脂金屬元素含量

進(jìn)行軸承滾道、鋼球分析。使用電子顯微鏡觀(guān)察軸承滾道、鋼球表面形態(tài),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(méi)有電腐蝕和機(jī)械磨損的痕跡,由此排除機(jī)械摩擦導(dǎo)致的軸承噪聲。

▲圖4 軸承滾道、鋼球表面形態(tài)

在拆解過(guò)程中發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生噪聲的軸承往往伴隨著油脂干澀問(wèn)題,推測(cè)真正原因?yàn)檩S承失油產(chǎn)生的噪聲,對(duì)油脂進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)。

在保證其它變量一致的前提下,對(duì)40臺(tái)異響電機(jī)進(jìn)行非驅(qū)動(dòng)端軸承更換,統(tǒng)一替換為填充了潤(rùn)滑性能更好、更耐高溫油脂的軸承。

經(jīng)過(guò)四個(gè)月的耐久運(yùn)行試驗(yàn),電機(jī)運(yùn)行正常,未出現(xiàn)噪聲超標(biāo)問(wèn)題。

5 應(yīng)對(duì)措施

水泵作為工業(yè)系統(tǒng)中常見(jiàn)的介質(zhì)輸送裝置,在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用、維護(hù)過(guò)程中,噪聲是需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。需要通過(guò)精密檢測(cè)儀器、先進(jìn)分析方法,針對(duì)性解決噪聲問(wèn)題。

在二次供水行業(yè)的泵類(lèi)產(chǎn)品選型時(shí),由于現(xiàn)場(chǎng)存在一定的低頻運(yùn)行工況,對(duì)軸承的運(yùn)行溫度有更高的要求,因此需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)提升潤(rùn)滑脂規(guī)格。

電機(jī)風(fēng)罩雖不是此次噪聲的要因,但對(duì)軸承噪聲產(chǎn)生了一定的放大作用。為了更好地降低噪聲,適當(dāng)增大端蓋和風(fēng)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。