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    关于船用离心泵的振动与耐震性能

    作者: 浦盛船舶 日期: 2019-07-12 19:15

    振动是机器损坏和失灵的一个十分重要的原因。机器的振动不仅导致机器运转不正常或产生明显的加速磨损,而且对机器构件材料的强度也会起一定的破坏作用。材料在长期的振动作用下会产生振动疲劳,从而导致材料的破损甚至断裂,而且还会对机组内部零部件、机组与管路、管路与管路的连接带来影响,造成连接松动、密封失效、管路破坏以及接触材料之间的接触性破坏等。同时,激烈的振动会伴随严重的噪声。

    和其它船用机械一样,船用离心泵的运行振动是由如下主要原因产生的。
    1. 离心泵是一种旋转式流体机械,在运行时会自身产生振动
    2. 由船舶其它设备引起的振动,如主机的振动、螺旋桨的振动以及其它干扰力引起的振动等y
    3. 由外部原因如大风、巨浪、船舶的摇摆和倾斜等引起的振动等。

    在所述的原因中,虽然由于风浪等外部原因引起的船舶的运动是导致船用离心泵产生振动的一个因素,但因船舶运动的加速度很小,加之离心泵的质量也比较小,故对其产生振动的影响不大。然而,由船舶上的其它设备、尤其是主机的运行所引起的振动却是比较大的。这一点已被在主机运行而泵处于停车状态下船用离心泵振动幅度的实船测试数据所证明。因此,在设计船用离心泵机组内部结构和安装结构的时候,必须要顺及到这些影响。

    应该指出,船用离心泵运行时产生振动的根本原因在于泵自身的内部结构、驱动特性和运行调节特性以及输送液体的运动学和动力学特性等,比如:
    1. 吸入管路设计得不合理,致使其内存在气囊或涡流区
    2. 转子部件旋转不平衡
    3. 转子旋转速度接近临界转速
    4. 原动机驱动转速不稳定;
    5. 原动机轴与泵轴连接不对中
    6. 轴承部件设计不合理
    7. 采用了欠妥的叶轮密封环结构
    8. 叶轮与导叶间的间隙值过小
    9. 叶轮叶片数和导叶叶片数搭配不合理
    10. 泵内存在汽蚀
    11. 泵在特性曲线上的“驼峰”区内运行
    12. 泵的负荷不稳定s
    13. 连接刚性差或连接松动
    14. 机座的刚性差,
    15. 泵、附件和管路尺寸匹配不适当
    16. 其它。

    要想降低离心泵的运行振动,就应该首先从完善结构设计、稳定运行特性和降低流体动力脉动等方面着手,以达到控制振动源、降低振动幅度的目的。与此同时,还可以采用其它一些隔振和降振措施,以使泵的运行振动降至最低值。

    为了降低船用离心泵在运行时所引起的振动,通常所采用的办法有如下几种
    1. 精确地进行旋转部件的平衡
    要想使运行时的振动幅度降至最小,应该在高心泵安装之前对其旋转部件进行十分精确的平衡。根据离心泵技术要求的规定,由于铸造和加工误差的存在,因此应使离心泵的叶轮在装配前进行静平衡实验,以消除可能导致离心泵产生振动的不平衡重量。除此自外,对于大功率、高转速的离心泵的转子,还应该在平衡机上进行动平衡检查,以消除由于存在于轴线平面内的不平衡力矩所引起的振动,经验证明,减少转子的不平衡度,使激振力尽可能地减少到最小值,这是一种降低任何旋转机械运行振动的行之有效的方法。
    2. 使转子的旋转频率远离共振区
    当离心泵转子的旋转速度达到某一个数值时,泵就会产生极为剧烈的振动;在高于或低于这个转速时,泵就能平稳工作。这种转速被称为泵转子的临界转速。从材料力学可知,转子的临界转速有好几个,它们都是可能导致转子破坏的转速。为此,离心泵的工作转速不应该与其转子的临界转速相等或互成倍数,甚至不应过分接近,否则就会因共振现象而破坏正常工作。因此,使泵的旋转频率避开转子的临界转速就成为任何泵在转子设计时必须要慎重解决的一个问题。
    3. 合理地设计轴承
    轴承是离心泵机组运行时的一个振动源,同时又是离心泵直接接受振动影响的部件。轴承的振动程度除了取决于自身的制造质量外,同时还要受到轴承间隙和轴承同心度的直接影响。另外,轴承润滑剂的性能也是轴承振动程度的一种影响因素。一般说来,润滑油对轴承的振动能起一定的减缓作用,油的粘度越高,减振作用越大,同时噪声也越小。因此,采用合适的轴承结构和设计参数,选用恰当的润滑介质及润滑方法,就可以大大减小转子旋转的不平稳性,从而也就可以大大降低转子振动的幅度。
    4. 正确地选择离心泵与管路的连接
    船用离心泵运行所产生的振动会通过连接管路和输送的液体传出,同样,吸入压力的波动和船体的振动也能够通过连接管路和输送的液体传入。因此,正确地选择离心泵与管路的连接方式,也是一种降低机组运行振动的良好措施。
    5. 稳定泵的输入参数
    要想降低船用离心泵的运行振动和伴之而来的机械噪声和流体噪声,应该使泵的输入参数达到稳定。从原动机输入的转速的任何微小的不均匀性都会直接造成离心泵输送液体流量的波动,而这种流量的波动又必然会伴之压力的脉动,所以会使泵产生机械振动和噪声。虽然在计算离心泵特性曲线时可以进行不同转速下的性能换算,然而由于液体流动的复杂性难以用完整的数学计算式表达,转速不均匀时引起的压力脉动远比用相似定律表达的计算式复杂,因此应该将原动机的输入转速的误差控制在允许范围之内。输入压力的不均匀性会给离心泵进口处的液流状况造成不利的影响。除了过低的吸入压力会导致离心泵产生汽蚀之外压力的波动会导致液流在吸入管路中产生一种周期性旋涡。这种旋涡的存在不仅会影响泵的外特性的精确测量,而且会造成泵的振动。因此,在进行离心泵的装置设计时,应该保证泵能够获得稳定的进口压力。如果泵从压力波动的容器内抽吸液体,或者从容积很小的容器内抽吸液体,就必定会导致振动。
    6. 合理地设计过流部件
    合理地设计过流部件,这不仅是减少船用离心泵在运行过程中产生振动和噪声的需要,而且也是保证离心泵正常工作的需要。合理地设计过流部件,不仅可以提高离心泵动力性能和汽蚀性能指标,提高泵的运转可能性和经济性,而且还能降低它们的运行振动和噪声,改善维护保养条件,同时也给船舶的性能指标带来好处。

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