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水泵油泵振動(dòng)測(cè)量電力工程論文
一、引言
新中國(guó)成立前期，我們國(guó)家生產(chǎn)的水泵幾乎為零。過(guò)了將近半個(gè)多世紀(jì)后，水利事業(yè)與機(jī)械已經(jīng)高度發(fā)展。我國(guó)近幾年來(lái)建設(shè)了很多的發(fā)電站，如三峽發(fā)電站、錦屏和溪洛渡等等大型發(fā)電站。顯而易見(jiàn)，水電建設(shè)與應(yīng)用已經(jīng)在持續(xù)平穩(wěn)的發(fā)展。水泵在其中起著息息相關(guān)的作用，那么水電站對(duì)水泵油泵的要求也日益增高。所以對(duì)水泵在運(yùn)行中產(chǎn)生的一系列振動(dòng)、噪音還有動(dòng)態(tài)應(yīng)力等等的要求也是相當(dāng)高的。本文就此介紹了水泵油泵可能引起振動(dòng)噪音的有關(guān)因素以及振動(dòng)的測(cè)量技術(shù)。
二、電站水泵在水電站的作用
把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成抽送液體能量的機(jī)械就是泵。泵的顯著作用是液體的能量加強(qiáng)，所以被提升。增壓和輸送到需要的地方，水泵就是用來(lái)輸送水或者給水增加能量的一種機(jī)械.
水電站水泵將水從下游抽送到上游，供用電高峰時(shí)發(fā)電。
水泵水輪機(jī)還分為立軸、單級(jí)、混流可逆式等。水泵水輪機(jī)在水電站中的布置是與懸式發(fā)電電動(dòng)機(jī)用法蘭直接連接。旋轉(zhuǎn)方向?yàn)椋核啓C(jī)工況俯視為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，水泵工況俯視為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。機(jī)組軸系采用具有上導(dǎo)軸承、推力軸承、下導(dǎo)軸承和水導(dǎo)軸。推力軸承置于轉(zhuǎn)子上方的上機(jī)架中心體上部，上導(dǎo)軸承布置在上機(jī)架中心體內(nèi)，下導(dǎo)軸承布置在下機(jī)架中心體內(nèi)，水導(dǎo)軸承置于水輪機(jī)頂蓋內(nèi)側(cè)。轉(zhuǎn)輪拆裝方式為中拆方式，即所有可拆卸部件包括轉(zhuǎn)輪、水輪機(jī)主軸(包括中間軸)、水導(dǎo)軸承、軸承支座、頂蓋、導(dǎo)葉、導(dǎo)葉接力器、導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)、主軸密封裝置等能通過(guò)水輪機(jī)機(jī)坑廊道安裝和拆卸。
比如我國(guó)的龍灘水電站機(jī)組是采取單機(jī)單元供水系統(tǒng)，采用蝸殼自流減壓供水和尾水管取水泵加壓供水是每臺(tái)機(jī)組采用的兩種供水模式。一般情況下，主用供水是采用蝸殼自流減壓式供水。當(dāng)主用技術(shù)供水設(shè)備故障需要檢修或主用技術(shù)供水系統(tǒng)濾水器堵塞造成系統(tǒng)壓力低時(shí)，采用水泵加壓供水方式。通過(guò)3年多的運(yùn)行考驗(yàn)，證明龍灘水電站技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠，性能優(yōu)良。龍灘水電站備用技術(shù)供水主要由以下設(shè)備組成：1臺(tái)DN500/PN25電動(dòng)偏心半球閥、1臺(tái)離心泵、1臺(tái)DN500/PN16的水力泵控閥、1臺(tái)過(guò)濾精度為4mm的DN500/PN25全自動(dòng)濾水器及管路系統(tǒng)組成。水力泵控閥的應(yīng)用，一定程度上提高了備用技術(shù)供水的可靠性，該閥經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)，可以集減壓、定壓、逆止、電控開(kāi)關(guān)作用于一身，操作簡(jiǎn)單便捷，可靠性高。電站人員利用離心水泵特有的性能（離心水泵特性曲線(xiàn)），將龍灘水電站1～7號(hào)機(jī)組備用技術(shù)供水泵出口的水力泵控閥開(kāi)啟速度進(jìn)行了調(diào)整，成功地解決了備用技術(shù)供水泵啟動(dòng)瞬間過(guò)流跳閘的故障。為了解決水泵啟動(dòng)瞬間電流過(guò)大導(dǎo)致啟動(dòng)柜開(kāi)關(guān)跳閘的故障，對(duì)離心水泵特性進(jìn)行了分析學(xué)習(xí)，判斷為水泵啟動(dòng)時(shí)泵控閥開(kāi)啟過(guò)快，導(dǎo)致水泵出口管路流量較大，流量的增大使離心泵的軸功率相應(yīng)增大，軸功率增大后電機(jī)電流相應(yīng)增大。當(dāng)水泵啟動(dòng)瞬間電流達(dá)到啟動(dòng)柜設(shè)定的電流過(guò)大跳閘保護(hù)定值后，開(kāi)關(guān)自動(dòng)跳閘，水泵停止工作。找到原因后，工作人員對(duì)龍灘水電站備用技術(shù)供水系統(tǒng)進(jìn)行了分析，最后決定利用水力泵控閥結(jié)構(gòu)特性，調(diào)節(jié)泵控閥開(kāi)啟速度，從而控制啟動(dòng)水泵的瞬間電流保持在規(guī)定范圍，通過(guò)試驗(yàn)成功解決了以上問(wèn)題。水力泵控閥主要由閥門(mén)本體及流量加速器C、行程開(kāi)關(guān)F、開(kāi)閥速度調(diào)節(jié)閥A、關(guān)閥速度調(diào)節(jié)閥B、隔膜閥E、電磁閥D組成。其中，閥門(mén)本體經(jīng)耐壓隔膜、閥盤(pán)分為3個(gè)腔體（上、中、下腔），上腔為控制腔。當(dāng)閥門(mén)關(guān)閉后，下腔壓力等于上游管路水壓力，中腔壓力為下游管路水壓力
這些水力泵控閥與傳統(tǒng)泵控閥相比穩(wěn)定性以及通用性都較高，此閥門(mén)很好的集減壓、定壓、逆止、電控開(kāi)關(guān)控制于一體，具備開(kāi)啟和關(guān)閉速度調(diào)節(jié)功能，在離心水泵出口使用該閥門(mén)時(shí)，不但提高了設(shè)備的可靠性而且可以根據(jù)需要來(lái)對(duì)開(kāi)閥速度進(jìn)行調(diào)整，使系統(tǒng)需要和設(shè)備安全達(dá)到和諧統(tǒng)一，值得推廣。
三、油泵水泵振動(dòng)產(chǎn)生的原因
當(dāng)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中一定會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，那么造成振動(dòng)的因素有很多。比如轉(zhuǎn)子不平衡.基礎(chǔ)剛度不足.基礎(chǔ)變形偏移.軸承不對(duì)中.軸瓦間隙不當(dāng).聯(lián)軸器對(duì)中不良和軸彎曲等等。如果要找到振動(dòng)產(chǎn)生的原因，多數(shù)情況下可以用振動(dòng)信號(hào)儀來(lái)進(jìn)行振動(dòng)頻譜分析，也就是描繪頻譜圖，再把頻譜圖上的頻率峰值與轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的故障特征頻率進(jìn)行對(duì)比，再結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行正確判斷分析，從而確定故障原因，并進(jìn)行有效的解決問(wèn)題。
1.轉(zhuǎn)子不均衡
水泵正常工作時(shí)，整個(gè)機(jī)組比較平穩(wěn)聲音也是正常的。什么情況下水泵會(huì)產(chǎn)生故障呢？如果機(jī)組振動(dòng)太大又有雜音就得注意了。此時(shí)必須立即停機(jī)，找出故障原因。一般來(lái)說(shuō)引起水泵振動(dòng)最常見(jiàn)的原因基本是轉(zhuǎn)子的不均衡.轉(zhuǎn)子不均衡的原因有很多，首先從葉輪質(zhì)量說(shuō)起。加工時(shí)各部分重量分布不均勻的水泵葉輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)使會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的離心力，會(huì)讓水泵振動(dòng)或者是損壞。那么這時(shí)一定要堆焊或者車(chē)削讓葉輪每個(gè)部分重量均勻。比如泵站的一臺(tái)20Sh-9型水泵，試車(chē)時(shí)振動(dòng)厲害，水泵打開(kāi)一檢查才發(fā)現(xiàn)葉輪重量不均勻，后來(lái)將其堆焊和車(chē)削處理再找到平衡后，新安的水泵運(yùn)行情況不錯(cuò)。
其次泵轉(zhuǎn)子和電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡也會(huì)照成振動(dòng)，消除的辦法是看水泵和電機(jī)中心是不是一致，如果不一致那么則應(yīng)該找準(zhǔn)平衡
聯(lián)軸器的原理就是把水泵軸和原動(dòng)機(jī)軸連接起來(lái)一同元轉(zhuǎn)并傳遞扭矩，如果它不同心就會(huì)使水泵振動(dòng)。比如JBT8097-1999型水泵在運(yùn)行中出現(xiàn)了振動(dòng)，后來(lái)檢查發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器下方的泵底座上有摩擦后的橡膠粉末。這就表明了聯(lián)軸器不同心引起了互相摩擦。在柱銷(xiāo)以及彈性聯(lián)軸器里，帶有橡膠圈的柱銷(xiāo)來(lái)完成力矩的傳動(dòng)，它能夠很好的緩沖以及減振。但是橡膠圈太大或者太緊強(qiáng)行就位后就會(huì)使其不同心。那么橡膠摩擦粉末掉下來(lái)，原因就出來(lái)了。還有可能柱銷(xiāo)和橡膠圈制造上有誤差就會(huì)導(dǎo)致兩軸中心不對(duì)稱(chēng)，也會(huì)引起振動(dòng)。振動(dòng)的源頭找到，重新安裝聯(lián)軸器。機(jī)器也運(yùn)行良好。
2.泵軸彎曲
泵軸的作用就是固定葉輪并帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。葉輪是固定在泵軸上的，泵軸如果彎曲那么會(huì)引起轉(zhuǎn)子的不平衡以及動(dòng)靜位置的損耗。這時(shí)水泵就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。想要解決這一問(wèn)題就得將軸彎曲部位核正。
3.軸瓦間隙太大
使用滑動(dòng)軸的大中型水泵里就比較容易出現(xiàn)軸瓦間隙過(guò)大。倘若軸瓦間隙太大，軸承蓋緊力不夠就會(huì)使泵產(chǎn)生振動(dòng)，并且機(jī)組也會(huì)引起振動(dòng)。如果重新調(diào)整軸瓦間隙，就不會(huì)再振動(dòng)了。
4.軸承磨損
軸承是支承轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量和承受在運(yùn)行中軸向力和徑向力的部件。如果軸承有質(zhì)量問(wèn)題或者是被損壞就會(huì)在運(yùn)行中使水泵振動(dòng)。還會(huì)有異常的響聲并伴隨著發(fā)熱的現(xiàn)象。正常運(yùn)行時(shí)的水泵滑動(dòng)滑動(dòng)軸承溫度在70度以下，滾動(dòng)軸承在80度以下。如果在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)溫度和聲音的異常就應(yīng)該采取有效措施，進(jìn)行停機(jī)解體檢查下。很有可能軸承里面已經(jīng)磨損了，應(yīng)該及時(shí)更換軸承。
5.閥門(mén)過(guò)小
有的高揚(yáng)程的蝸殼泵遇到流量小時(shí)就會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)，原因是有的轉(zhuǎn)子上有徑向力的作用。如果水閥開(kāi)到一定程度時(shí)，振動(dòng)就沒(méi)有了。
6.水流通道不暢
水流通道不暢又包括3個(gè)方面，首先從出水管路有空氣存在說(shuō)起。在出水管的較高處或大的出水閥門(mén)上部有空氣存在，管道運(yùn)行時(shí)形成氣囊。氣囊使管路中水流阻力變大，壓力變大就會(huì)出現(xiàn)水擊的情況，引起管道振動(dòng)。比如假設(shè)泵站在干線(xiàn)DN800MM閘閥改為DN1400MM碟閥時(shí)，此時(shí)泵站地坪標(biāo)高于出水干管管道高差不多16MM。這時(shí)停水施工后，管道內(nèi)有大量的空氣，當(dāng)水重新送上時(shí)無(wú)法排除的大量空氣積聚在管道高出的出水閥門(mén)上部引起管道振動(dòng)。正常情況下，水流運(yùn)行過(guò)程中會(huì)把這種空氣慢慢帶走，振動(dòng)也自然而然的減輕。如果經(jīng)過(guò)一段時(shí)間空氣自行消除不完全，就必須在壓力管上高出位置設(shè)置放氣閥，空氣就排出了。
其次第二個(gè)方面是吸水管道進(jìn)氣或者進(jìn)了雜物，這種情況經(jīng)常是為吸水管漏氣，或吸水管口淹沒(méi)深度不夠，這時(shí)水泵就會(huì)吸入空氣。很多水源泵站經(jīng)常會(huì)發(fā)生這個(gè)情況，就是因?yàn)槿∷此幌矏?ài)下降，以至于吸水管口淹沒(méi)深度不夠，吸水管周?chē)嫘纬射鰷u，漩渦帶動(dòng)空氣進(jìn)入吸水管，引起水泵振動(dòng)。還有由于吸水井欄污欄破損，水里的塑料袋.水草.垃圾甚至是石頭被吸入水泵內(nèi)，葉輪槽道被堵塞。有一次，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)水泵劇烈振動(dòng)，水泵解體后，發(fā)現(xiàn)里面居然水草和石頭等都有1公斤多。將雜物清除后，水泵就不再振動(dòng)了。
最后原因可能是出水閥門(mén)掉板或者是沒(méi)有開(kāi)啟。一般水泵啟動(dòng)后不會(huì)出現(xiàn)這種情況，只有在閥門(mén)的閥板與絲桿自行脫落才可能將閥門(mén)關(guān)閉。我廠(chǎng)一個(gè)泵站送煉鐵高爐水泵就有過(guò)這樣的情況。水泵檢修后，開(kāi)泵發(fā)現(xiàn)管道劇烈振動(dòng)，并伴隨有周期性的異響。經(jīng)觀(guān)察后發(fā)現(xiàn)電機(jī)電流值比較低。是出水閥有可能沒(méi)有打開(kāi)，水送不出去，檢查后看到有個(gè)出水閥門(mén)已經(jīng)掉板也無(wú)法開(kāi)啟。通過(guò)修理后，開(kāi)泵振動(dòng)就消除了。
為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢？其實(shí)是檢修管道時(shí)水排盡了，管道內(nèi)沒(méi)有壓力。水泵開(kāi)啟后壓力很快升高。當(dāng)水流到閥門(mén)時(shí)緊靠閥門(mén)的一層水突然就停止了流動(dòng)，產(chǎn)生水擊壓強(qiáng)，隨后與之相接的第2層和后面的多層水相繼停止流動(dòng)了。壓強(qiáng)不斷再升高，并且以彈性波的形式由閥門(mén)迅速傳向水泵出口，形成水擊波，引起管道的振動(dòng)
7.水泵選型不當(dāng)
如果水泵的揚(yáng)程和用戶(hù)所需的揚(yáng)程有差異，為了控制水壓，水泵運(yùn)行時(shí)的閥門(mén)就不會(huì)開(kāi)完，這樣壓力差就靠閥門(mén)在調(diào)節(jié)，水泵所提供的流量大部分是消耗于克服閥門(mén)的附加阻力上，從而可以平衡供需的壓力差，水流就會(huì)在管道里形成水擊現(xiàn)象，水流引起紊亂流動(dòng)管道就會(huì)劇烈振動(dòng)。這時(shí)，只要將葉輪直徑改變，水泵就不會(huì)再產(chǎn)生振動(dòng)。還有一種情況是兩種水泵型號(hào)不匹配并聯(lián)，管網(wǎng)就會(huì)振動(dòng)特別厲害。這種振動(dòng)不僅僅是埋地的管道，整個(gè)泵房基礎(chǔ)和圍墻都有震感直接是多種多樣的，涉及面廣成因也比較復(fù)雜，只有徹底的排除故障才能夠保證水泵的正常運(yùn)行
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