水泵机组振动的原因及消除

振动是评价水泵机组运行可靠性的一个重要指标。本文将从水泵机组振动的危害、原因及消除措施等几方面进行说明。

机泵振动超标的危害

振动超标的危害主要有：

• 振动造成泵机组不能正常运行；

• 引发电机和管路的振动，造成机毁人伤；

• 造成轴承等零部件的损坏；

• 造成连接部件松动，基础裂纹或电机损坏；

• 造成与水泵连接的管件或阀门松动、损坏；

• 形成振动噪声等引起泵振动的原因是多方面的。

引起泵振动的原因

• 引起泵振动的原因是多方面的：

• 泵的转轴一般与驱动电机轴直接相连

• 泵的动态性能和电机的动态性能相互干涉；

• 高速旋转部件多，动、静平衡不能满足要求；

• 与流体作用的部件受水流状况影响较大；

• 流体运动本身的复杂性，也是限制泵动态性能动稳定性的一个因素。

机泵振动故障排除自查

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机械方面

首先确定基础是否固定，机座螺栓、叶轮锁母是否松动；然后看联轴器是否对中良好、主轴是否弯曲；泵和电机轴承是否跑外圈，也就是轴承座孔是否磨损、间隙过大；再看叶轮中是否有异物，支架是不是不牢固而引起管道振动；另外还要看物料的情况，是否黏度太大；确定吸入管或过滤网是否堵塞和是否伸入液面太浅。

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水力方面

水泵进口流速和压力分布不均匀，泵进出口工作液体的压力脉动、液体绕流、偏流和脱流，非定额工况以及各种原因引起的水泵汽蚀等，都是常见的引起泵机组振动的原因。水泵启动和停机、阀门启闭、工况改变以及事故紧急停机等动态过渡过程造成的输水管道内压力急剧变化和水锤作用等，也常常导致泵房和机组产生振动。

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电气方面

电机是机组的主要设备，电机内部磁力不平衡和其它电气系统的失调，常引起振动和噪音。如异步电动机在运行中，由定转子齿谐波磁通相互作用而产生的定转子间径向交变磁拉力、大型同步电机在运行中定转子磁力中心不一致或各个方向上气隙差超过允许偏差值等，都可能引起电机周期性振动并发出噪音。检测电机运行时三相是否平衡，检查工频是否稳定。

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水工方面

机组进水流道设计不合理或与机组不配套、水泵淹没深度不当以及机组启动和停机顺序不合理等，都会使进水条件恶化、产生漩涡、诱发汽蚀或加重机组及泵房振动。采用破坏虹吸真空断流的机组在启动时，若驼峰段空气挟带困难，形成虹吸时间过长；拍门断流的机组拍门设计不合理，时开时闭，不断撞击拍门座；支撑水泵和电机的基础发生不均匀沉陷或基础的刚性较差等原因，也都会导致机组发生振动。

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工艺方面

检查泵是否在设计工部下运行：扬程、流量、水温度、真空吸上高度等（是存在在气蚀条件）；检查泵进出口阀是否完好；水中是否夹带空气或其它气体，泵出口管线上是否存在空气未排尽现象以及泵进口是否漏气。

消除水泵振动的方法

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从设计制造环节消除振动

(1) 机械结构设计方面注意的问题

轴的设计

• 增加传动轴支撑轴承的数目，减小支撑间距，在适当范围内减小轴长，适当加大轴的直径，增加轴的刚度；
  

• 当泵轴转速逐渐增加并接近或整数倍于泵转子的固有振动频率时，泵就会猛烈振动起来，所以在设计时，应使传动轴的固有频率避开电机转子角频率；

• 提高轴的制造质量，防止质量偏心和过大的形位公差。

滑动轴承的选择

• 在液态烃等化工泵中，滑动轴承材料应采用具有良好自润滑性能的材料，比如聚四氟乙烯；
  

• 在深井热水泵中，导流衬套选择填充聚四氟乙烯、石墨和铜粉的材质，并合理设计其结构，使滑动轴承的固定可靠；

• 叶轮密封环和泵体密封环处采用摩擦因数小的摩擦副，比如M20lK石墨材料一钢；

• 限制最高转速，提高轴瓦承载能力及轴承座的刚度。

使用应力释放系统

对于输送热水的泵，设计时应使由泵体变形而引起的连接件之间的结构应力得以释放，比如在泵体地脚螺栓上面增加螺栓套，避免泵体直接和刚度很大的基础接触。

(2) 水泵的水力设计注意事项

合理设计水泵叶轮及流道

合理设计水泵叶轮及流道，使叶轮内少发生汽蚀和脱流。合理选择叶片数、叶片出口角、叶片宽

度、叶片出口排挤系数等参数，消除扬程曲线驼峰。泵叶轮出口与蜗壳隔舌的距离，有资料认为该值为叶轮外径的十分之一时，脉动压力最小，把叶片的出口边缘做出倾角（比如做成20°左右），来减小冲击。保证叶轮与蜗壳之间的间隙，提高泵的工作效率。同时，对泵的出水流道等相关流道进行优化设计，减少水力损失引起的振动。合理设计各种泵的进水段处的吸入室，以及压缩级的机械结构，减少压力脉冲，可以保证流场流场稳定，提高泵的工作效率，减小能量损失，也可以提高泵的振动动态性能的稳定性。

汽蚀振动

这是泵振动的很重要的一部分，为了保证吸水管或压水管内无空气积存，吸水管的任何部分都不能高过水泵的进口。为了减小入水口处的压力脉动，吸水管路直径应比泵入口直径大一个尺寸数量级，以便水流在泵入口处有一定的收缩，使流速分布比较均匀，同时还应当在泵入口前有一段直管，直管长度不小于管路直径的10倍。并注意创造良好进水条件，进水池内水流要平稳均匀，以消除伴随卡门涡旋的振动。

基础的设计

基础的重量应为泵和电机等机械重量总合的三倍以上，盛水池的基础应具有相当的强度，电机支架与基础最好做成一体或做成面接触，在泵和支架之间设置隔振垫或隔振器。另外，在管路之间采用减振材料连接，减少管路布置，可以消除弹性接触和水力损失带来的振动。

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从安装和维护过程中消除振动

(1) 轴和轴系

安装前检查水泵轴、电机轴、传动轴有没有弯曲变形、质量偏心的情况，若有，则必须矫正或者进一步加工。检查与导轴承接触的传动轴，是否因弯曲而摩擦轴瓦或衬套而使自己受激力。如果监测表明轴实际上已经弯曲了，则矫正泵轴。同时，检查轴的端间隙值，若该值过大，则表明轴承已磨损，需更换轴承。

(2) 叶轮

检查动、静平衡是否合格。

(3) 联轴器

检查螺栓间距是否良好，弹性柱销和弹性套圈结合不能过紧。联轴器内孔与轴的配合是否过松，若太松可采用诸如喷涂的方法来减小联轴器内径，直至其达到过渡配合所要求的尺寸，而后将联轴器固定在轴上。

(4) 滑动轴承

确定间隙值是否符合标准，各处润滑是否良好。提高泵的轴瓦检修工艺水平，严格遵循先刮瓦、后研磨、再刮瓦的循环程序，保证轴瓦与轴颈的接触面积达到规定的标准：

• 泵轴颈与轴承间隙值，通过更换前后轴承、研磨、刮瓦、调整等手段达到合格；

• 泵轴承体与轴承箱球面顶间隙值合格；

• 泵轴轴承下瓦和泵轴轴颈接触点及接触角度。标准规定下瓦背与轴承座接触面积应在60%以上，轴颈处滑动接触面上的接触点密度保持在每平方厘米2一4个点，接触角度保持在60°一90°。

(5) 支架和底板

及时发现有振动的支撑件的疲劳情况，防止因为强度和刚度降低造成固有频率下降。

(6) 间隙和易损件

保证电机轴承间隙合适，适当调整叶轮与涡壳之间的间隙。定期检查、更换叶轮口环、泵体口环、级间衬套、隔板衬套等易磨损零件。

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因泵选型和操作不当引起的振动

两泵并联应保证泵性能相同，泵性能曲线应为缓降型为好，不能有驼峰。使用时要注意：消除导致水泵超载的因素，比如流道堵塞。

适当延长泵的启时间，减小对传动轴的扰动，减小转动部件和静止零件之间的碰撞和摩擦，以及由此引起的热变形。对于水润滑的滑动轴承，启动过程中应加足预润滑水，避免干启动，直至水泵出水后再停止注水。