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前言



立式泵的型譜覆蓋范圍和應(yīng)用范圍都很廣。它們已在許多不同的服務(wù)中輸送不同的液體。大型立式泵可用于一些關(guān)鍵的服務(wù)，如大型冷卻泵、大型海水泵送系統(tǒng)、大型火電廠及核電站的凝結(jié)水系統(tǒng)、大型地下水/灌溉系統(tǒng)等。但是，大型立式泵卻普遍存在一個實際的、常見問題 - 容易產(chǎn)生振動。為什么？



動態(tài)特性與振動



大多數(shù)立式泵，通常都被設(shè)計成泵本體不配帶推力軸承的型式，而泵的軸向推力則通過剛性聯(lián)軸器傳遞給驅(qū)動機，由驅(qū)動機的推力軸承承受。為此，大型立式泵通常具有撓性的外殼和結(jié)構(gòu)，其激勵頻率位于相對接近自然頻率的位置。這樣，它們在運行過程中容易（受較小激勵源的影響）產(chǎn)生共振和高振動。需要對此類泵進行深入的振動研究和驗證。



在許多立式泵中，動態(tài)性能和振動水平對泵或其特性/運行的變化非常敏感。這些變化包括對中、平衡情況、安裝細節(jié)、維護工作、液位、負載等。換句話說，在不同于正常運行的運行情況下（另一種運行情況，如不同的部分負荷運行、不同的液位等），可能會發(fā)生共振。另一個關(guān)鍵點是這類泵的轉(zhuǎn)子組件的現(xiàn)場再平衡能力。在調(diào)試、運行或維護期間，通常需要在現(xiàn)場進行。



在車間性能測試中可能未檢測到潛在的共振，但是以后他們可能會在實際運行中體驗到。已安裝的立式泵實際現(xiàn)場基礎(chǔ)條件與制造商車間試驗中的條件不同。因此，有必要估算振動特性的變化，因為安裝的立式泵在最終位置和工廠中配備測試的立式泵的基礎(chǔ)條件存在很大的的差異。這是一項艱巨的任務(wù)。理論上，可以用一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來評價基礎(chǔ)條件對立式泵動態(tài)特性的影響。然而，這通常是一個挑戰(zhàn)。



除了基礎(chǔ)條件外，眾所周知，流經(jīng)管道的流量還會對振動動力學(xué)產(chǎn)生影響。因此，這可能是車間和現(xiàn)場性能差異的另一個來源。在某些情況下，會經(jīng)歷由流動引起的振動（流激振動）。



上部結(jié)構(gòu)振動



不管振動的類型如何，幾乎所有的立式泵的振動問題（潛水泵除外）都出現(xiàn)在電動機或泵的上部。之所以會出現(xiàn)這種情況，是因為操作人員僅觀察到泵的上部和驅(qū)動機，而且由于驅(qū)動機頂部通常位于（機組的）末端，因此其振動幅度**。泵底座下方的振動通常不太引起注意。因為，在許多立式泵上，底座下方和底座上方的振動通過其剛性底座的配置或類似的布置彼此隔離。通常，振動的**值在驅(qū)動機的頂部，振幅在驅(qū)動機底座處減小。有時泵出水管道的振動比泵本體的振動大。描繪高振幅的位置以及泵如何振動，有助于了解引起高振動的原因并解決問題。



記錄停機和啟動時的振動情況



對于大型立式泵，通常均配有振動監(jiān)測。在配有振動監(jiān)測的泵組上，為了獲取有用的數(shù)據(jù)，一個很好的觀察方法是在電機減速或在停機惰走期間的振動數(shù)據(jù)及其變化情況。如果振動逐漸減小，則表明存在不平衡、未對中、軸彎曲或類似原因。如果在電源關(guān)閉時振動立即減小，則通常是由于電動機中的電氣不平衡。如果僅通過很小的轉(zhuǎn)速變化就**了振動，則原因可能是共振問題。當(dāng)泵在減速中顫抖時，其原因是通過共振頻率。類似的數(shù)據(jù)可以從啟動時的振動中提取出來。但是，關(guān)機的情況通常更有用。建議分析關(guān)機和啟動過程中的數(shù)據(jù)。



在泵停止運轉(zhuǎn)的情況下，用手動旋轉(zhuǎn)軸以查看其行為。如果難以旋轉(zhuǎn)，原因可能是未對中、配合不良或軸彎曲。然而，一個容易旋轉(zhuǎn)的軸并不能**這些原因，因為小而有彈性的軸可以很容易地彎曲、而不會對軸承施加負載。



不準確且過于簡單的模型分析



在一個25米長的長軸立式泵的案例研究中，大型水平軸電動機通過直角齒輪箱驅(qū)動立式泵軸。電動機、泵和直角齒輪箱都安裝在一個共同的底座上，加上整體結(jié)構(gòu)尺寸原因、底座較易發(fā)生變形彎曲。當(dāng)泵以**轉(zhuǎn)速運行時，在齒輪箱、泵出口的各個位置，傳感器會感應(yīng)到高振動。作為根本原因分析的一部分，應(yīng)估計系統(tǒng)的固有頻率及其相關(guān)振型。然后，應(yīng)對所有激勵頻率和（受）力進行評估。



使用所有必需的詳細信息創(chuàng)建了較精確的有限元（FE）模型。對殼體組件和所有接管細節(jié)進行建模，包括管道內(nèi)和周圍液體、軸承星形架總成、動力軸及其聯(lián)軸器等。



有限模態(tài)分析表明，軸的**彎曲模態(tài)存在共振。換言之，動力軸一階彎曲模態(tài)的固有頻率幾乎與泵的運行頻率一致。這個固有頻率已經(jīng)遠遠低于制造商預(yù)測的值。原因是長柱管道為軸提供了柔性支撐。制造商提供了動態(tài)研究，但是由于制造商創(chuàng)建的模型比實際的模型更簡單，不準確且僵硬，因此預(yù)測的固有頻率更高，并且沒有顯示有任何共振。如果在精確的模型中不考慮基礎(chǔ)和長柱管道的柔性，就無法預(yù)測這個



泵企通特別說明



為了避免大型立式泵振動超標(biāo)，應(yīng)注意如下幾點：



1） 盡可能讓機組重心處于底座附近。



2） 合理布置泵進/出口管線及其支撐，同時，避免給泵帶來額外的不對稱的力和力矩。



3） 基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠的承載能力。



4） 對于并聯(lián)運行的泵，兩臺之間必須具有足夠的間距和/或隔離措施，避免相互之間產(chǎn)生干擾。



5） 實際工程應(yīng)用中，針對獨立的泵（組），為了避免其出現(xiàn)振動（超標(biāo)）的有限元分析相對比較準確；而對于系統(tǒng)中的泵（組），由于涉及到現(xiàn)場很多不確定因素的影響，有限元分析的準確性相對較差，這取決于分析人員的工作經(jīng)驗和對現(xiàn)場各種不確定性因素的了解程度。