立式泵的不平衡
立式泵的故障主要是不平衡,出口管線方向的彈簧剛度比其垂直方向剛度大,所以不平衡振動的主要方向是與出口管線方向垂直的徑向方向,如下圖所示:
從上到下振動遞減,同測量方向相位同向,電機的自由端振動***大。
徑向載荷(不對中和側向力)
徑向載荷如果沒有在早期檢測出來并治理,超過設計允許值的徑向載荷將會給泵帶來嚴重的損壞。
不對中。是***常見的徑向載荷,但與別的旋轉機械沒有不同。
側向載荷。作用在葉輪上的液壓動力,當泵沒有運行在***佳效率點時會產生***的側向力。(前面在討論泵殼的結構時討論過)
過多的徑向力有如下的特征,我們可以因此制定相應的檢測方案:
***的軸承溫度。***的徑向力會使得軸承承受額外的負荷,并影響其使用壽命。如果滑動軸承的瓦溫***,常常***先預示著軸承處于***徑向載荷。***的徑向載荷讓過載軸承內的潤滑油受到***的剪切應力的作用,受該力作用的潤滑油會升溫,潤滑油的溫度會反映在軸承的巴氏合金上。測量潤滑油的出口溫度往往并不理想,因為軸承內的潤滑油溫是載荷區的***油溫和非載荷區的低油溫的混合溫度,雖然有所反映,但只能是模糊地表達機器的運行狀態。一般要求在軸承中的多個位置安裝溫度探頭,因為***大載荷的位置是可變的、不可預測的,另外,因為不對中也可能讓軸中心的位置在異常的位置。
異常的軸中心位置。通過監測滑動軸承的軸中心位置的變化可以有效地發現徑向載荷的異常。包括一個軸承的軸中心位置的歷史變化趨勢,不同的啟停機過程,也包括不同的瓦的相對位置及其變化。
Orbit圖通常更扁平、橢圓度更***。Orbits的形狀對于作用在轉子上的徑向載荷是很敏感的,Orbit圖的一部分(某一段)可能和瓦的曲率近似。如果頻率成分中有2X分量,可能表現出香蕉形。轉子在某瓦處因為不對中或者受側向力作用而輕載(unloaded),可能運行在低偏心率位置,此時Orbit圖反而是圓形了,所以一個異常的圓形Orbit也可能意味著不對中或者異常的側向力作用。
殼振異常。可能變大或者變小。瓦振通常在滑動軸承中較小,但如果軸過于接近軸承,即偏心率過***,會使得油膜軸承的剛度變大很多,從而傳遞更多的振動給軸瓦。相反也是成立的,如果側向力使得偏心率過小,則瓦振會異常小。
徑向載荷的影響
徑向載荷有正面的影響,如增加滑動軸承的穩定性。也有如下的負面影響:
摩擦。過大的徑向載荷可能導致轉子和軸承或密封的摩擦,摩擦環的摩擦,和軸承的摩擦會是摩擦到瓦的巴氏合金甚至軸承及轉子本體。而密封和摩擦環的摩擦會讓動靜之間的間隙增大,導致流體的泄露和效率的損失。
由于摩擦產生的次諧波振動不大的一個原因是流體的密度大,抑制了振動的幅值,另外,因為摩擦產生的次諧波要求轉子的轉速運行在有摩擦時的***階臨界轉速(比無摩擦的臨界轉速稍大的轉速)的2倍或三倍等以上,而一般來說,泵的運行轉速較低,而臨界轉速較***,所以難以產生次諧波,多表現在工頻上。
縮短軸承壽命。過大的徑向載荷產生的摩擦或者摩擦產生的***溫可能破壞滑動軸承的巴氏合金,進而使軸承失效;而滾動軸承的L10壽命也和所受到的載荷直接成3次方的關系。過大的不對中和徑向載荷都會顯著地縮短滾動軸承的壽命。
密封或密封箱的損壞。機械密封、密封箱、密封環等雖然是易損件,可以承受一定的徑向載荷。但過大的徑向載荷會破壞密封。如果發現密封需要過于頻繁地更換,說明可能是因為徑向載荷的增大導致轉子變形超過了一定的量。
轉子斷裂。轉子斷裂的因素很多,徑向載荷過大時原因之一。
應力集中。變徑軸在軸肩的位置容易產生應力集中,對于懸臂泵,常常有多處變徑。
殘余應力。有個案例是一臺***壓鍋爐給水泵彎了,原因沒說,做直軸處理時用的是鈍口鑿,之后該機組運行了一年,因為發生密封箱嚴重泄露事故才發現軸裂紋。軸彎是導致密封泄露的原因,也負荷軸裂紋的***規律。并不是直軸時敲打軸是軸裂紋的***原因,但很可能是一個重要的因素,因為這種處理會造成沒有消除的過大壓應力并超過允許范圍。
過載運行。泵常常會超原設計負荷運行,使得轉子可能受到***度的疲勞應力作用。
徑向載荷。運行點離***佳效率點越遠,受到的側向載荷越大;不對中是***常見的根源。
縮短聯軸器壽命。包括使其中的彈性體受熱老化、或者齒輪磨損、或者疲勞等。