离心泵振动的原因及解决方法可以从以下几部分来分析:
1.介质流量
泵
典型现象:
泵在设计流量下运行时,振动不超标,随着流量的大幅降低或提高,泵的两端轴承及出口管线振动强烈。泵体内会发出往复机似的噪音。流量正常时,振动和噪音也恢复正常。
泵体,尤其是内侧轴承座水平方向的振动明显大于垂直和轴向振动的增大值。长时间运行,泵内叶轮、平衡盘、级间衬套、中段等会磨损。对单级双吸泵,轴向的高频振动使轴承损坏、叶轮口环成对称偏磨,泵体口环偏磨,严重时将导致轴承断裂。
原因分析:
任何一台离心泵都有一个佳工作范围,体现在泵的性能曲线上。
离心泵的振动随流量而变化,通常在佳效率点流量附近其值小,并且随着流量的增大或减小而增加。从佳效率点流量起,振动随流量的变化取决于泵的能量密度、比转速及汽蚀比转速。通常,振动的变化量随能量密度、比转速及汽蚀比转速的增加而增加。
离心泵除了有在性能曲线上标注的小连续流量外,还有一个小连续热流量。泵在小流量条件下运行时,部分液体的能量转变为热能,使进口处液体的温度升高,当液体温度使有效汽蚀余量等于或小于泵必须汽蚀余量时,就会产生汽蚀现象。
在正常流量下,泵本身的自动平衡盘能很好平衡转子轴向力。但流量过低时,由于轴向力的增大,自动平衡盘就不能将转子的轴向力平衡掉,使转子受到一个指向叶轮人口方向的轴向作用力,造成转子向前窜动,转子、平衡盘等部件严重磨损。轴向介质的人口冲角与转子叶片的安装角偏差较大,也会产生冲击,引起强振。
对单级双吸泵,当实际流量小于设计流量时,泵体内蜗壳的流道截面积显得过大,使流体流动速度减小,叶轮出口的绝对速度增加,且方向发生改变。这样,蜗壳内的液体与叶轮出口的液体相遇时,因速度大小和方向不同而产生撞击,使得蜗壳内液体压力不断增高,从而破坏了蜗壳内液体流动压力的轴对称性。此外,由于蜗壳内压力分布不均匀,壳内流体对流出叶轮的流体所起的阻碍作用也不同,使得沿叶轮四周的液体给叶轮的力和方向也不同,引起偏振。
解决方案:
泵的运行应处于优先工作区。此工作区位于所提供叶轮的佳效率点流量的70%一120%区间内。额定流量点应当位于所提供叶轮佳效率点流量的80%~110%区间内。
如果无法避免小流量操作工况,可从泵出口引一条小回流线,到泵人口的容器内。如果是饱和态液体,应注意返回线不可直接接到泵的人口处,以免过热的出口介质加热入口介质,引起汽蚀。但回流的介质使泵做了无用功,增加了装置能耗。
也可以在保持蜗壳不变的情况下,通过改变叶轮参数来改变泵的输出流量。通过对叶轮的进出口角度进行修改,可减小作用在叶轮上的径向力,减小振动。
2.介质组成:
泵
典型现象:
在开工初期,尤其是有加热炉加热的塔底泵,介质为饱和态液体,调试时,泵内有噼噼啪啪的声音,泵体振幅大,犹如汽蚀现象发生。随着操作参数调整到位,该现象会逐渐消失。
原因分析:
开工初期,操作条件不稳定,塔釜介质中包含有部分轻于设计值的轻组分。在开工过程中由于加热炉升温速度过快,使介质出现了过加热现象。这些热量在塔釜内没有充分释放,随流体进入泵内,在泵腔的低压处使轻组分汽化,形成汽蚀现象。
解决方案:
调整参数时,重沸炉的升温速度应缓慢,泵的流量应控制在低负荷下操作。待塔釜中的介质组成接近设计值时,再逐渐加大泵负荷到正常操作点。
3.汽蚀余量
泵
典型现象:
泵内有噼噼啪啪的声音。泵体尤其是进口处振动大。严重时,流量和出口压力波动大,流动不连续,出口管线振动并可能伴有水锤的声音,后会使出口压力表指示为零,出13流量计指示为零。泵内叶轮有坑坑洼洼的痕迹,甚至转子有磨损。对于流体为饱和态液体的泵,在液体为过冷态试运时可能没有该现象,一旦介质温度达到饱和温度,则振动和噪音明显。
原因分析:
系统的有效汽蚀余量不足,造成泵人口压力低于介质的饱和蒸气压,介质汽化,同时还有溶解在液体里的气体逸出,形成大量气泡。气泡在叶轮的外侧高压处迅速萎缩、凝结,形成真空区,气泡周围的液体迅速冲人,形成强大的局部高频高压水击,造成压力波动,并伴有撞击的声音。气泡凝结时产生局部高温,金属表面因疲劳而产生剥蚀。情况严重时,大量气体聚集在叶轮周围,阻塞流道,使泵内液体流动的连续性遭到破坏,后液流中断,造成泵抽空,产生汽蚀现象¨。由于流量的断断续续,造成了泵的强烈振动,转子和泵体产生摩擦,终损坏,无法运行。
解决方案:
(1)增加系统的有效汽蚀余量如果是饱和态液体,通过提高泵入口液面高度;减少人口管件,如弯头,阀门等;缩短管线长度;异径三通改为同径三通;改进流体流道;均可有效提高装置的有效汽蚀余量。将饱和态液体冷却成过冷态,也很有效。但该方案在需要热进料时,会增加能耗。如果是过冷态液体,除了使用同饱和态液体一样的方法外,还可以通过提高人口侧容器的压力来增加装置的有效汽蚀余量。
(2)降低泵的必须汽蚀余量泵的必须汽蚀余量是泵体本身固有的性能。只有通过改变泵的内部结构才能实现。