离心泵振动监测频谱异常和噪声异常故障诊断

离心泵振动监测频谱异常和噪声异常故障诊断

王博

国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司  新疆哈密市  邮编：839000 

摘要：泵是一种重要的能量转换装置和流体输送设备最常用的流体机械。离心泵占泵总数的75%以上，广泛应用于国民经济的各个部门以及舰船、航空航天等尖端技术领域。其中，卧式多级离心泵为了解决安装位置受限问题，常采用悬臂式结构形式，而这一特殊结构却会影响泵的安全运行。基于此，对离心泵振动监测频谱异常和噪声异常故障诊断进行研究，以供参考。

关键词：离心泵；振动异常；分析

引言

加强对泵类设备的数据采集和时实分析，有助于发现早期轴承故障问题，及早准备维修备件和预防性维修，避免恶性机械事故。分析数据可以依靠自己的积累经验，也需要由专业振动分析人员，对数据进行分析和判断，对顽固性振动问题，找到根源。

1特征

离心泵在高速旋转的过程中，蜗壳内的流场不断变化，必然会引起叶轮上的载荷发生变化，产生流体激振力，进而引起悬臂离心泵转子的振动。同时，这种周期性的水力载荷会引起叶轮和泵轴的动态变形，进而影响流体的分配，直接导致离心泵的效率低下，甚至导致故障。因此，相关学者对悬臂离心泵进行了深入的研究。用弹性动力学方法推导了悬臂式平衡臂结构的频率方程，为悬臂式平衡臂结构的动力响应研究提供了理论依据。

2低效率导致的离心泵振动

当离心泵运行工况偏离额定工况时往往代表着能量利用率的下降，而增加的能量损失除了克服摩擦之外只能通过噪音与振动消耗，因此较高的效率是减弱离心泵振动的关键。离心泵内部流道复杂且前后压差较大，需要设计导流装置使流体按照指定的轨迹流动否则水流会冲击泵体，损坏泵的同时降低运行效率．离心泵内部的过流部件有吸水室、叶轮和压水室．吸水室将流体引向叶轮起到预璇效果但并不是所有离心泵都安装，压水室则是将从叶轮流出的流体收集并引导至泵的出口，而叶轮是水泵的核心部件负责对流体加压，同时在叶轮处的能量损失最大也最为关键．当离心泵运行工况偏离额定工况时，过流部件不能有效的引导流体，造成泵效率下降的同时产生振动．流体从离心泵入口进入，依靠压力差由叶轮入口流向叶轮出口．流体流入叶轮的速度方向与叶轮入口切线方向的夹角称为流动角，叶轮叶片方向与叶轮入口切线方向的夹角称为安装角．安装角是固定的，流动角随着叶轮转速与管网流量变化而变化。

3离心泵的故障问题

密封圈失效主要是指离心泵在运转一段时间后，会出现老化和嵌入沟槽的情况，在密封圈材质容易受到高温介质的影响下，离心泵运转中密封圈会因为体积膨胀而产生更多的摩擦热，进而加速材料的老化过程。如果在这个持续生热的过程中遇冷，密封圈会暂时呈现硬化状态，尽管这种硬化状态会随着温度的变化而恢复，但也会加大断裂的概率。因而对于密封圈材料的选择，一般需要以具有耐热和耐寒性的材料为主。而由于密封圈本身在使用过程中也很容易破损，对于密封圈的保存需要尽可能避免高温或潮湿的环境。

4故障泵解体检修情况

4.1检查叶轮、蜗壳及泵盖口环后发现，叶轮和蜗壳

表面均有气蚀和腐蚀的麻点；泵体口环及叶轮口环偏磨痕迹明显，为避免间隙偏差造成维修后的震动，更换了新的泵壳和泵盖口环。叶轮口环外侧磨出台阶面叶轮吸口端和泵壳口环磨损痕迹（泵的设计上叶轮和口环是有规定的间隙）检查发现，叶轮孔间有侧向间隙腐蚀现象，叶轮孔与轴间隙偏大，可能会造成叶轮运行过程动平衡较差，加剧偏磨现象产生。另外，经检查发现，泵盖和泵壳，由于长期使用和气蚀原因，已经布满了麻坑，腐蚀严重的地方减薄了泵盖和泵壳，影响流道流体稳定性，有机会需要采购更换泵盖和泵壳。

4.2加强对离心泵运行状态的监控

要想保证对于离心泵运行中设备维护管理的及时性，需要对整个生产过程中的离心泵运行状态进行监控。以引入更先进的信息管理和监控系统的方式，在系统中输入既定的、正常状态下的离心泵和各种设备的运行参数之后，通过对整个生产过程的监控，将实际运行的设备参数与标准状态下的参数进行对比，以便能够及时发现设备运行中存在的异常情况。将信息监控和管理系统与预警系统结合起来，能够在及时发现异常情况之后，通过预警机制将发现的异常数据情况传送到生产管理的平台系统，生产管理的人员在掌握相应的情况之后，就可以结合系统监控的情况来确定制定对各种故障问题的预防措施。

4.3机械密封

拆卸机封前，发现机封动环弹簧已被水垢卡滞，无法自由补偿；将机封拆卸后发现静环表面破裂且静环内圈有磨损。从拆卸情况分析，机封动环被水垢卡滞非常严重，无法松脱拆卸下来，这是造成机封渗漏的主要原因。同时陶瓷静环破裂。该机封为2014年5月更换的原装机封，使用至今一年半多，是寿命较长的机封。

4.4在泵流噪声测试方面

1995年,Morgenroth建立了离心泵流噪声测试系统,以研究舌形与泵流噪声之间的关系。建立了离心泵流量噪声测试系统,并通过实验研究了离心泵流量噪声与其液压参数之间的关系。 并指出,在传输损耗高的情况下,双端口模型可以简化为单端口模型,基于声相似律的旋转流体机械噪声源分离方法,只需要在离心泵出口管道上安装水听器,实现噪声源和管道传播特性的分离,并采用该方法测量轴流风机和离心泵的流量噪声。 采集离心泵出口处的脉动压力和流动噪声信号,进行时间、频域和自主功率谱分析,改变离心泵运行条件,探讨各种流动条件下内部压力和流动噪声的变化及其关系。

4.5声学计算前处理

基于Lighthill声类比理论，利用LMSVirtual．Lab软件对离心泵内部流动噪声进行数值计算，应用BEM方法，将流场计算过程中获得的蜗壳内表面压力脉动插值到声学计算模型对应壁面上，通过傅里叶变化获得偶极子声源，将蜗壳视为完全刚性，即蜗壳与进出口壁面法向速度为0，完成声学计算后再分析场点处的声压频谱特性．边界设置:进出口为全吸声，其余表面为全反射。

5不平衡质量相位对谐响应分析的影响

由于实际装配过程中安装方式不同,不同等级车轮的安装阶段质量不平衡,导致产品稳定性不尽相同。由于陀螺效应,位于远端轴承的转子部件受不平衡质量的影响最大,因此,只有改变一阶车轮的不平衡质量的相位,其余的保持不变,才能实现一阶车轮在不同临界速度下的加速度和位移,随着不平衡质量的相位变化, 不平衡相的质量对一阶车轮的临界加速度和位移幅度的影响是不同的,特别是在加速度和位移幅度随着不平衡相质量的增加而逐渐减小。 在质量不平衡的影响下,在一阶临界速度下,侦听器的加速度和位移响应大于一阶车轮振幅,并随着一阶车轮不平衡质量相的增加而逐渐减小,当一阶车轮不平衡质量相为180时,一阶车轮的加速度和位移振幅达到最小值。

结束语

振动总是伴随着机械的运转出现，离心泵也不例外．为了防止离心泵的振动强度过大导致泵与管道的损坏，学者们做了许多研究。转轮叶片和活动导叶组成叶栅组合的动静干涉机理；由导叶后转轮前无叶区产生二次流与转轮内部叶道出口段回流而引起的水泵振动。

参考文献

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