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發(fā)表于 2012-4-6 00:04:14
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針對(duì)泵機(jī)組的各部件存在的振動(dòng),分析了產(chǎn)生振動(dòng)的原因。從泵的水力、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),到泵的安裝、運(yùn)行、維護(hù)等方面幾提出了減輕泵振動(dòng)的措施。結(jié)果表明,保證泵零部件結(jié)構(gòu)尺寸、精度與泵的無過載性能等水力特性相適應(yīng);保證泵的實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)與泵的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)吻合;保證加工精度與設(shè)計(jì)精度的一致性;保證零部件安裝質(zhì)量與其運(yùn)行要求的一致性;保證檢修質(zhì)量與零部件磨損規(guī)律的一致性,可以減輕泵的振動(dòng)。
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; _6 Q8 M: U) y. } 振動(dòng)是評(píng)價(jià)水泵機(jī)組運(yùn)行可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。振動(dòng)超標(biāo)的危害主要有:振動(dòng)造成泵機(jī)組不能正常運(yùn)行;引發(fā)電機(jī)和管路的振動(dòng),造成機(jī)毀人傷;造成軸承等零部件的損壞;造成連接部件松動(dòng),基礎(chǔ)裂紋或電機(jī)損壞;造成與水泵連接的管件或閥門松動(dòng)、損壞;形成振動(dòng)噪聲。
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引起泵振動(dòng)的原因是多方面的。泵的轉(zhuǎn)軸一般與驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸直接相連,使得泵的動(dòng)態(tài)性能和電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能相互干涉;高速旋轉(zhuǎn)部件多,動(dòng)、靜平衡沐能滿足要求;與流體作用的部件受水流狀況影響較大;流體運(yùn)動(dòng)本身的復(fù)雜性,也是限制泵動(dòng)態(tài)性能穩(wěn)定性的一個(gè)因素。2 v7 X4 f- g& H4 f& \6 T
9 w, o! @ w" h+ z4 Q/ }- Q 1對(duì)引起泵振動(dòng)原因的分析
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! n( B/ D" V7 P. E6 p: H 1.1電機(jī)
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- B5 p3 {) ]9 V9 V 電機(jī)結(jié)構(gòu)件松動(dòng),軸承定位裝置松動(dòng),鐵芯硅鋼片過松,軸承因磨損而導(dǎo)致支撐剛度下降,會(huì)引起振動(dòng)。質(zhì)量偏心,轉(zhuǎn)子彎曲或質(zhì)量分布問題導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均,造成靜、動(dòng)平衡量超標(biāo)川。另外,鼠籠式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的鼠籠籠條有斷裂,造成轉(zhuǎn)子所受的磁場(chǎng)力和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)慣性力不平衡而引起振動(dòng),電機(jī)缺相,各相電源不平衡等原因也能引起振動(dòng)。電機(jī)定子繞組,由于安裝工序的操作質(zhì)量問題,造成各相繞組之間的電阻不平衡,因而導(dǎo)致產(chǎn)生的磁場(chǎng)不均勻,產(chǎn)生了不平衡的電磁力,這種電磁力成為激振力引發(fā)振動(dòng)。' P2 c. y. i" ]& Z' x
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1.2基礎(chǔ)及泵支架5 d8 c* m, Z- Z0 P0 W2 L
! @8 ^! f4 \& B" m u$ I/ T3 |/ F 驅(qū)動(dòng)裝置架與基礎(chǔ)之間采用的接觸固定形式不好,基礎(chǔ)和電機(jī)系統(tǒng)吸收、傳遞、隔離振動(dòng)能力差,導(dǎo)致基礎(chǔ)和電機(jī)的振動(dòng)都超標(biāo)。水泵基礎(chǔ)松動(dòng),或者水泵機(jī)組在安裝過程中形成彈性基礎(chǔ),或者由于油浸水泡造成基礎(chǔ)剛度減弱,水泵就會(huì)產(chǎn)生與振動(dòng)相位差1800的另一個(gè)臨界轉(zhuǎn)速,從而使水泵振動(dòng)頻率增加,如果增加的頻率與某一外在因素頻率接近或相等,就會(huì)使水泵的振幅加大。另外,基礎(chǔ)地腳螺栓松動(dòng),導(dǎo)致約束剛度降低,會(huì)使電機(jī)的振動(dòng)加劇。- S( E1 h5 ~, u
4 ]( [" g0 L$ D- A3 m4 d 1.3聯(lián)軸器
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聯(lián)軸器連接螺栓的周向間距不良,對(duì)稱性被破壞;聯(lián)軸器加長節(jié)偏心,將會(huì)產(chǎn)生偏心力;聯(lián)軸器錐面度超差;聯(lián)軸器靜平衡或動(dòng)平衡不好;彈性銷和聯(lián)軸器的配合過緊,使彈性柱銷失去彈性調(diào)節(jié)功能造成聯(lián)軸器不能很好地對(duì)中;聯(lián)軸器與軸的配合間隙太大;聯(lián)軸器膠圈的機(jī)械磨損導(dǎo)致的聯(lián)軸器膠圈配合性能下降;聯(lián)軸器上使用的傳動(dòng)螺栓質(zhì)量互相不等。這些原因都會(huì)造成振動(dòng)。6 q5 e9 x# N& z6 W) o) | O% l
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1.4葉輪
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①葉輪質(zhì)量偏心。葉輪制造過程中質(zhì)量控制不好,比如,鑄造質(zhì)量、加工精度不合格;或者輸送的液體帶有腐蝕性,葉輪流道受到?jīng)_刷腐蝕,導(dǎo)致葉輪產(chǎn)生偏心。/ r6 y. ~* p3 f) f; A
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②葉輪的葉片數(shù)、出口角、包角、喉部隔舌與葉輪出口邊的徑向距離是否合適等。
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③使用中葉輪口環(huán)與泵體口環(huán)之間、級(jí)間襯套與隔板襯套之間,由最初的碰摩,逐漸變成機(jī)械摩擦磨損,這些將會(huì)加劇泵的振動(dòng)。( V- b3 y& x% q
/ D7 W& i+ x& N3 ~9 I9 z 1.5傳動(dòng)軸及其輔助件' b5 ] w' k4 Q6 S) F4 l- m
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軸很長的泵,易發(fā)生軸剛度不足,撓度太大,軸系直線度差的情況,造成動(dòng)件(傳動(dòng)軸)與靜件(滑動(dòng)軸承或口環(huán))之間碰摩,形成振動(dòng)。另外,泵軸太長,受水池中流動(dòng)水沖擊的影響較大,使泵水下部分的振動(dòng)加大。軸端的平衡盤間隙過大,或者軸向的工作竄動(dòng)量調(diào)整不當(dāng),會(huì)造成軸低頻竄動(dòng),導(dǎo)致軸瓦振動(dòng)。旋轉(zhuǎn)軸的偏心,會(huì)導(dǎo)致軸的彎曲振動(dòng)。
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1.6泵的選型和變工況運(yùn)行: C# i' a; w0 Q3 p+ Q* g/ E7 B
1 @! }9 Z4 I" M \3 D 每臺(tái)泵都有自己的額定工況點(diǎn),實(shí)際的運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況是否符合,對(duì)泵的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性有重要的影響。水泵在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行比較穩(wěn)定,但在變工況下運(yùn)行時(shí),由于葉輪中產(chǎn)生徑向力的作用,振動(dòng)有所加大;單泵選型不當(dāng),或是兩種型號(hào)不匹配的泵并聯(lián)。這些都會(huì)造成泵的振動(dòng)。
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9 r$ b/ O0 ?: k- ~, Y( L1 W! F l 1.7軸承及潤滑
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. p+ x, K3 s/ U, Y. V( t1 ?9 m 軸承的剛度太低,會(huì)造成第一臨界轉(zhuǎn)速降低,引起振動(dòng)。另外,導(dǎo)軸承性能閉不良導(dǎo)致耐磨性差,固定不好,軸瓦間隙過大,也容易造成振動(dòng);而推力軸承和其他的滾動(dòng)軸承的磨損,則會(huì)使軸的縱向竄動(dòng)振動(dòng)以及彎曲振動(dòng)同時(shí)加劇。潤滑油選型不當(dāng)、變質(zhì)、雜質(zhì)含量超標(biāo)及潤滑管道不暢而導(dǎo)致的潤滑故障,都會(huì)造成軸承工況惡化,引發(fā)振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)滑動(dòng)軸承油膜的自激也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。
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' K: d4 Q8 T: y$ ]2 D 1.8管道及其安裝固定
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泵的出口管道支架剛度不夠,變形太大,造成管道下壓在泵體上,使得泵體和電機(jī)的對(duì)中性破壞;管道在安裝過程中較勁太大,進(jìn)出口管路與泵連接時(shí)內(nèi)應(yīng)力大;進(jìn)、出口管線松動(dòng),約束剛度下降甚至失效;出口流道部分全部斷裂,碎片卡人葉輪;管路不暢,如出水口有氣囊;出水閥門掉板,或沒有開啟;進(jìn)水口有進(jìn)氣,流場(chǎng)不均,壓力波動(dòng)。這些原因都會(huì)直接或者間接地導(dǎo)致泵和管路的振動(dòng)。# _- A6 q* `( j \$ I3 e6 C
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1.9零部件間的配合' ^ T5 X3 }! o0 q
8 f2 [6 u* b0 } 電機(jī)軸和泵軸同心度超差;電機(jī)和傳動(dòng)軸的連接處使用了聯(lián)軸器,聯(lián)軸器同心度超差;動(dòng)、靜零部件之間(如葉輪毅和口環(huán)之間)的設(shè)計(jì)間隙的磨損變大;中間軸承支架與泵筒體間隙超標(biāo);密封圈間隙不合適,造成了不平衡;密封環(huán)周圍的間隙不均勻,比如口環(huán)未人槽或者隔板未人槽,就會(huì)發(fā)生這種情況。這些不利因素都能造成振動(dòng)。8 G5 K) ]& f' h2 k0 Y& e
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1.10水泵自身的因素5 s0 q# p$ \1 q0 D0 p
! E. b7 u9 X$ r8 S$ { 葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的非對(duì)稱壓力場(chǎng);吸水池和進(jìn)水管渦流;葉輪內(nèi)部以及渦殼、導(dǎo)流葉片漩渦的發(fā)生及消失;閥門半開造成漩渦而產(chǎn)生的振動(dòng);由于葉輪葉片數(shù)有限而導(dǎo)致的出口壓力分布不均;葉輪內(nèi)的脫流;喘振;流道內(nèi)的脈動(dòng)壓力;汽蝕;水在泵體中流動(dòng),對(duì)泵體會(huì)有摩擦和沖擊,比如水流撞擊隔舌和導(dǎo)流葉片的前緣,造成振動(dòng);輸送高溫水的鍋爐給水泵易發(fā)生汽蝕振動(dòng);泵體內(nèi)壓力脈動(dòng),主要是泵葉輪密封環(huán),泵體密封環(huán)的間隙過大,造成泵體內(nèi)泄漏損失大,回流嚴(yán)重,進(jìn)而造成轉(zhuǎn)子軸向力的不平衡和壓力脈動(dòng),會(huì)增強(qiáng)振動(dòng)。另外,對(duì)于輸送熱水的泵,如果啟動(dòng)前泵的預(yù)熱不均,或者水泵滑動(dòng)銷軸系統(tǒng)的工作不正常,造成泵組的熱膨脹,會(huì)誘發(fā)啟動(dòng)階段的劇烈振動(dòng);泵體來自熱膨脹等方面的內(nèi)應(yīng)力不能釋放,則會(huì)引起轉(zhuǎn)軸支撐系統(tǒng)剛度的變化,當(dāng)變化后的剛度與系統(tǒng)角頻率成整倍數(shù)關(guān)系時(shí),就發(fā)生共振。
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" x5 X! E& p, b' Y) O0 N 2減輕振動(dòng)的措施
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3 k, _% @5 k8 Q6 F' [ 2.1從設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)消除振動(dòng)- [& w d2 a! n" ~$ Z, W; B
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2.1.1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面注意的問題" I6 F- \# a/ E, g, t# I: ?
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1)軸的設(shè)計(jì)。增加傳動(dòng)軸支撐軸承的數(shù)目,減小支撐間距,在適當(dāng)范圍內(nèi)減小軸長,適當(dāng)加大軸的直徑,增加軸的剛度;當(dāng)泵軸轉(zhuǎn)速逐漸增加并接近或整數(shù)倍于泵轉(zhuǎn)子的固有振動(dòng)頻率時(shí),泵就會(huì)猛烈振動(dòng)起來,所以在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)使傳動(dòng)軸的固有頻率避開電機(jī)轉(zhuǎn)子角頻率;提高軸的制造質(zhì)量,防止質(zhì)量偏心和過大的形位公差。
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9 V9 v1 N: }" y( ` 2)滑動(dòng)軸承的選擇。采用無須潤滑的滑動(dòng)軸承;在液態(tài)烴等化工泵中,滑動(dòng)軸承材料應(yīng)采用具有良好自潤滑性能的材料,比如聚四氟乙烯;在深井熱水泵中,導(dǎo)流襯套選擇填充聚四氟乙烯、石墨和銅粉的材質(zhì),并合理設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu),使滑動(dòng)軸承的固定可靠;葉輪密封環(huán)和泵體密封環(huán)處采用摩擦因數(shù)小的摩擦副,比如M20lK石墨材料一鋼;限制最高轉(zhuǎn)速;提高軸瓦承載能力及軸承座的剛度。
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3)使用應(yīng)力釋放系統(tǒng)。對(duì)于輸送熱水的泵,設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)使由泵體變形而引起的連接件之間的結(jié)構(gòu)應(yīng)力得以釋放,比如在泵體地腳螺栓上面增加螺栓套,避免泵體直接和剛度很大的基礎(chǔ)接觸。
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3 @; u) h; ^. l 2.12水泵的水力設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)2 Y" V0 c' p7 ^+ v7 n- h: P
5 G7 \4 F2 [+ [' e 1)合理地設(shè)計(jì)水泵葉輪及流道,使葉輪內(nèi)少發(fā)生汽蝕和脫流;合理選擇葉片數(shù)、葉片出口角、葉片寬度、葉片出口排擠系數(shù)等參數(shù),消除揚(yáng)程曲線駝峰;泵葉輪出口與蝸殼隔舌的距離,有資料認(rèn)為該值為葉輪外徑的十分之一時(shí),脈動(dòng)壓力最小;把葉片的出口邊緣做出傾角(比如做成20。左右),來減小沖擊;保證葉輪與蝸殼之間的間隙;提高泵的工作效率。同時(shí),對(duì)泵的出水流道等相關(guān)流道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),減少水力損失引起的振動(dòng)。合理設(shè)計(jì)各種泵的進(jìn)水段處的吸入室,以及壓縮級(jí)的機(jī)械結(jié)構(gòu),減少壓力脈沖,可以保證流場(chǎng)穩(wěn)定,提高泵的工作效率,減小能量損失,也可以提高泵的振動(dòng)動(dòng)態(tài)性能的穩(wěn)定性。
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2)汽蝕振動(dòng)是泵振動(dòng)的很重要的一部分。當(dāng)泵的人口壓力低于相應(yīng)水溫下的和壓力時(shí),會(huì)發(fā)生伴隨劇烈振動(dòng)的汽蝕。減小汽蝕的措施包括:確定水泵的安裝高度時(shí),使裝置的有效汽蝕余量大于泵的最小裝置汽蝕余量;適當(dāng)加大進(jìn)水管直徑,縮短進(jìn)水管長度,減少管路附件,通流部分?jǐn)嗝孀兓柿η笞钚。岣吖鼙诘拇植诙?減少彎頭數(shù)目和加大管道轉(zhuǎn)彎角度;降低水泵的工作轉(zhuǎn)速;采用抗空化汽蝕的材料,比如不銹鋼,或在容易發(fā)生汽蝕的部位涂環(huán)氧樹脂;進(jìn)水流道設(shè)計(jì)要合理,力求平滑,使進(jìn)人葉輪的水流速度和壓力分布均勻,避免局部低壓區(qū);提高制造加工質(zhì)量,避免因?yàn)槿~片型線不準(zhǔn)確造成局部流速過大,壓降過多;提高泵裝置的抗汽蝕性能,包括在泵的進(jìn)口處設(shè)置水力增能器,增能器的結(jié)構(gòu),提高泵的吸人壓頭,從而提高泵裝置汽蝕余量;增加幾何倒灌高度;盡量減少進(jìn)水管路水頭損失;采用雙吸式泵。
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為了保證吸水管或壓水管內(nèi)無空氣積存,吸水管的任何部分都不能高過水泵的進(jìn)口。為了減小人水口處的壓力脈動(dòng),吸水管路直徑應(yīng)比泵人口直徑大一個(gè)尺寸數(shù)量級(jí),以便水流在泵人口處有一定的收縮,使流速分布比較均勻,同時(shí)還應(yīng)當(dāng)在泵人口前有一段直管,直管長度不小于管路直徑的10倍。3 ]8 l9 m- p z3 G/ M$ G
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注意創(chuàng)造良好進(jìn)水條件,進(jìn)水池內(nèi)水流要平穩(wěn)均勻,以消除伴隨卡門渦旋的振動(dòng)。
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3)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。基礎(chǔ)的重量應(yīng)為泵和電機(jī)等機(jī)械重量總合的三倍以上;盛水池的基礎(chǔ)應(yīng)具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度;電機(jī)支架與基礎(chǔ)最好做成一體或做成面接觸;在泵和支架之間設(shè)置隔振墊或隔振器。另外,在管路之間采用減振材料連接,減少管路布置,可以消除彈性接觸和水力損失帶來的振動(dòng)。) M8 b+ ^# `4 J6 ]+ a5 J
- K. h% Y- D- S1 \. F- f) ` 2.2從安裝和維護(hù)過程消除振動(dòng)
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+ E! V: | G$ g% p- \+ `8 _( q& f 1)軸和軸系。安裝前檢查水泵軸、電機(jī)軸、傳動(dòng)軸有沒有彎曲變形、質(zhì)量偏心的情況,若有,則必須矯正或者進(jìn)一步加工;檢查與導(dǎo)軸承接觸的傳動(dòng)軸,是否因彎曲而摩擦軸瓦或襯套而使自己受激力。如果監(jiān)測(cè)表明,軸實(shí)際上已經(jīng)彎曲了,則矯正泵軸。同時(shí),檢查軸的端間隙值,若該值過大,則表明軸承已磨損,需更換軸承。
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/ P1 S) g9 r0 t2 i) J 2)葉輪。動(dòng)、靜平衡是否合格。+ U. \3 d ^3 c
3 I M3 q2 p8 E! y; q 3)聯(lián)軸器。螺栓間距是否良好;彈性柱銷和彈性套圈結(jié)合不能過緊;聯(lián)軸器內(nèi)孔與軸的配合是否過松,若太松,可采用諸如噴涂的方法來減小聯(lián)軸器內(nèi)徑直至其達(dá)到過渡配合所要求的尺寸,而后將聯(lián)軸器固定在軸上。, }( x2 j# C( O7 n$ q/ x, q3 ^& h
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4)滑動(dòng)軸承。間隙值是否符合標(biāo)準(zhǔn);各處潤滑是否良好;提高泵的軸瓦檢修工藝水平,嚴(yán)格遵循先刮瓦、后研磨、再刮瓦的循環(huán)程序,保證軸瓦與軸頸的接觸面積達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn):
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①泵軸頸與軸承間隙值,通過更換前后軸承、研磨、刮瓦、調(diào)整等手段達(dá)到合格。
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! O- N2 o R$ u' J ②泵軸承體與軸承箱球面頂間隙值合格。③泵軸軸承下瓦' V. P: H% _# ~) \- q8 C; Z
, B5 c9 O$ n# T2 n3 ^ 和泵軸軸頸接觸點(diǎn)及接觸角度:標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下瓦背與軸承座接觸面積應(yīng)在60%以上,軸頸處滑動(dòng)接觸面上的接觸點(diǎn)密度保持在每平方厘米2一4個(gè)點(diǎn),接觸角度保持在60“一90”。( K ^' d9 {4 {4 T$ F
/ }2 L7 `2 w; H) ], i' d 5)支架和底板。及時(shí)發(fā)現(xiàn)有振動(dòng)的支撐件的疲勞情況,防止因?yàn)閺?qiáng)度和剛度降低造成固有頻率下降。( r8 A7 y- c! v( Q( {$ `
. @" K3 q: D1 C% f. u 6)間隙和易損件。保證電機(jī)軸承間隙合適;適當(dāng)調(diào)整葉輪與渦殼之間的間隙;定期檢查、更換葉輪口環(huán)、泵體口環(huán)、級(jí)間襯套、隔板襯套等易磨損零件。) k% G0 t& I6 q# [" \. ?
+ q6 b% {- S( `! n! {+ H+ L- { 2.3消除由于泵的選型和操作不當(dāng)引起的振動(dòng)
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0 q( f" y: C- |, a 兩泵并聯(lián)應(yīng)保證泵性能相同。泵性能曲線應(yīng)為緩降型為好,不能有駝峰。使用時(shí)要注意:消除導(dǎo)致水泵超載的因素,比如流道堵塞;適當(dāng)延長泵的啟時(shí)間,減小對(duì)傳動(dòng)軸的擾動(dòng),減小轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止零件之間的碰撞和摩擦,以及由此引起的熱變形;對(duì)于水潤滑的滑動(dòng)軸承,啟動(dòng)過程中應(yīng)加足預(yù)潤滑水,避免干啟動(dòng),直至水泵出水后再停止注水;定期向需要注油的軸承適量注油;對(duì)于長軸液下離心泵,因?yàn)檩S系存在著扭轉(zhuǎn)振動(dòng),若使用的有推力瓦,則受損傷的主要是推力瓦,這時(shí)可以適當(dāng)提高潤滑油的粘度,防止液體動(dòng)壓潤滑膜的破壞。最后,為了防止泵的振幅過大,還可以使用測(cè)量分析振動(dòng)狀況來確定水泵的最佳工作參數(shù)。
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3結(jié)論& j7 b- F s9 g& Z. r% E
3 Y+ ?/ b+ A- }2 p 泵振動(dòng)的誘因包括機(jī)械的、水力的和電力的原因。
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振動(dòng)控制綜合反映了機(jī)械加工工藝、機(jī)械安裝人員的操作水平、水泵操作人員的素質(zhì)、水力設(shè)計(jì)軟件的功能、各部分材料性能狀況、監(jiān)測(cè)儀器的性能。實(shí)際工作中,排除振動(dòng)要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)和理論分析,將振動(dòng)機(jī)理分析和實(shí)際檢測(cè)儀器得到的數(shù)據(jù)結(jié)合起來。很多振動(dòng)可以通過提高設(shè)計(jì)和安裝質(zhì)量,提高操作水平,加強(qiáng)日常維護(hù)予以消除。伴隨著新材料技術(shù)的發(fā)展和新工藝的出現(xiàn),以及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)值方法和流體力學(xué)基礎(chǔ)理論的進(jìn)步,加上振動(dòng)噪聲診斷技術(shù)的興起和發(fā)展,水泵的設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)水平必將蒸蒸日上,性能也一定會(huì)日趨優(yōu)化,動(dòng)態(tài)性能也會(huì)日趨穩(wěn)定。
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