振動(dòng)是評價(jià)水泵機組運行可靠性的一個(gè)重要指標。振動(dòng)超標的危害主要有:振動(dòng)造成泵機組不能正常運行;引發(fā)電機和管路的振動(dòng)，造成機毀人傷;造成軸承等零部件的損壞;造成連接部件松動(dòng)，基礎裂紋或電機損壞;造成與水泵連接的管件或閥門(mén)松動(dòng)、損壞;形成振動(dòng)噪聲。
引起泵振動(dòng)的原因是多方面的。泵的轉軸一般與驅動(dòng)電機軸直接相連，使得泵的動(dòng)態(tài)性能和電機的動(dòng)態(tài)性能相互干涉;高速旋轉部件多，動(dòng)、靜平衡沐能滿(mǎn)足要求;與流體作用的部件受水流狀況影響較大;流體運動(dòng)本身的復雜性，也是限制泵動(dòng)態(tài)性能穩定性的一個(gè)因素。
1 對引起泵振動(dòng)原因的分析
1.1 電機
電機結構件松動(dòng)，軸承定位裝置松動(dòng)，鐵芯硅鋼片過(guò)松，軸承因磨損而導致支撐剛度下降，會(huì )引起振動(dòng)。質(zhì)量偏心，轉子彎曲或質(zhì)量分布問(wèn)題導致的轉子質(zhì)量分布不均，造成靜、動(dòng)平衡量超標川。另外，鼠籠式電動(dòng)機轉子的鼠籠籠條有斷裂，造成轉子所受的磁場(chǎng)力和轉子的旋轉慣性力不平衡而引起振動(dòng)，電機缺相，各相電源不平衡等原因也能引起振動(dòng)。電機定子繞組，由于安裝工序的操作質(zhì)量問(wèn)題，造成各相繞組之間的電阻不平衡，因而導致產(chǎn)生的磁場(chǎng)不均勻，產(chǎn)生了不平衡的電磁力，這種電磁力成為激振力引發(fā)振動(dòng)。
1.2 基礎及泵支架
驅動(dòng)裝置架與基礎之間采用的接觸固定形式不好，基礎和電機系統吸收、傳遞、隔離振動(dòng)能力差，導致基礎和電機的振動(dòng)都超標。水泵基礎松動(dòng)，或者水泵機組在安裝過(guò)程中形成彈性基礎，或者由于油浸水泡造成基礎剛度減弱，水泵就會(huì )產(chǎn)生與振動(dòng)相位差1800的另一個(gè)臨界轉速，從而使水泵振動(dòng)頻率增加，如果增加的頻率與某一外在因素頻率接近或相等，就會(huì )使水泵的振幅加大。另外，基礎地腳螺栓松動(dòng)，導致約束剛度降低，會(huì )使電機的振動(dòng)加劇。
1.3 聯(lián)軸器
聯(lián)軸器連接螺栓的周向間距不良，對稱(chēng)性被破壞;聯(lián)軸器加長(cháng)節偏心，將會(huì )產(chǎn)生偏心力;聯(lián)軸器錐面度超差;聯(lián)軸器靜平衡或動(dòng)平衡不好;彈性銷(xiāo)和聯(lián)軸器的配合過(guò)緊，使彈性柱銷(xiāo)失去彈性調節功能造成聯(lián)軸器不能很好地對中;聯(lián)軸器與軸的配合間隙太大;聯(lián)軸器膠圈的機械磨損導致的聯(lián)軸器膠圈配合性能下降;聯(lián)軸器上使用的傳動(dòng)螺栓質(zhì)量互相不等。這些原因都會(huì )造成振動(dòng)。
1.4 葉輪
①葉輪質(zhì)量偏心。葉輪制造過(guò)程中質(zhì)量控制不好，比如，鑄造質(zhì)量、加工精度不合格;或者輸送的液體帶有腐蝕性，葉輪流道受到?jīng)_刷腐蝕，導致葉輪產(chǎn)生偏心。②葉輪的葉片數、出口角、包角、喉部隔舌與葉輪出口邊的徑向距離是否合適等。③使用中葉輪口環(huán)與泵體口環(huán)之間、級間襯套與隔板襯套之間，由最初的碰摩，逐漸變成機械摩擦磨損，這些將會(huì )加劇泵的振動(dòng)。
1.5 傳動(dòng)軸及其輔助件
軸很長(cháng)的泵，易發(fā)生軸剛度不足，撓度太大，軸系直線(xiàn)度差的情況，造成動(dòng)件(傳動(dòng)軸)與靜件(滑動(dòng)軸承或口環(huán))之間碰摩，形成振動(dòng)。另外，泵軸太長(cháng)，受水池中流動(dòng)水沖擊的影響較大，使泵水下部分的振動(dòng)加大。軸端的平衡盤(pán)間隙過(guò)大，或者軸向的工作竄動(dòng)量調整不當，會(huì )造成軸低頻竄動(dòng)，導致軸瓦振動(dòng)。旋轉軸的偏心，會(huì )導致軸的彎曲振動(dòng)。
1.6 泵的選型和變工況運行
每臺泵都有自己的額定工況點(diǎn)，實(shí)際的運行工況與設計工況是否符合，對泵的動(dòng)力學(xué)穩定性有重要的影響。水泵在設計工況下運行比較穩定，但在變工況下運行時(shí)，由于葉輪中產(chǎn)生徑向力的作用，振動(dòng)有所加大;單泵選型不當，或是兩種型號不匹配的泵并聯(lián)。這些都會(huì )造成泵的振動(dòng)。
1.7 軸承及潤滑
軸承的剛度太低，會(huì )造成第一臨界轉速降低，引起振動(dòng)。另外，導軸承性能閉不良導致耐磨性差,固定不好，軸瓦間隙過(guò)大，也容易造成振動(dòng);而推力軸承和其他的滾動(dòng)軸承的磨損，則會(huì )使軸的縱向竄動(dòng)振動(dòng)以及彎曲振動(dòng)同時(shí)加劇。潤滑油選型不當、變質(zhì)、雜質(zhì)含量超標及潤滑管道不暢而導致的潤滑故障,都會(huì )造成軸承工況惡化，引發(fā)振動(dòng)。電動(dòng)機滑動(dòng)軸承油膜的自激也會(huì )產(chǎn)生振動(dòng)。
1.8 管道及其安裝固定
泵的出口管道支架剛度不夠，變形太大，造成管道下壓在泵體上，使得泵體和電機的對中性破壞;管道在安裝過(guò)程中較勁太大，進(jìn)出口管路與泵連接時(shí)內應力大;進(jìn)、出口管線(xiàn)松動(dòng)，約束剛度下降甚至失效;出口流道部分全部斷裂，碎片卡人葉輪;管路不暢，如出水口有氣囊;出水閥門(mén)掉板，或沒(méi)有開(kāi)啟;進(jìn)水口有進(jìn)氣，流場(chǎng)不均，壓力波動(dòng)。這些原因都會(huì )直接或者間接地導致泵和管路的振動(dòng)。
1.9 零部件間的配合
電機軸和泵軸同心度超差;電機和傳動(dòng)軸的連接處使用了聯(lián)軸器，聯(lián)軸器同心度超差;動(dòng)、靜零部件之間(如葉輪毅和口環(huán)之間)的設計間隙的磨損變大;中間軸承支架與泵筒體間隙超標;密封圈間隙不合適，造成了不平衡;密封環(huán)周?chē)拈g隙不均勻，比如口環(huán)未人槽或者隔板未人槽，就會(huì )發(fā)生這種情況。這些不利因素都能造成振動(dòng)。
1.10 水泵自身的因素
葉輪旋轉時(shí)產(chǎn)生的非對稱(chēng)壓力場(chǎng);吸水池和進(jìn)水管渦流;葉輪內部以及渦殼、導流葉片漩渦的發(fā)生及消失;閥門(mén)半開(kāi)造成漩渦而產(chǎn)生的振動(dòng);由于葉輪葉片數有限而導致的出口壓力分布不均;葉輪內的脫流;喘振;流道內的脈動(dòng)壓力;汽蝕;水在泵體中流動(dòng)，對泵體會(huì )有摩擦和沖擊，比如水流撞擊隔舌和導流葉片的前緣，造成振動(dòng);輸送高溫水的鍋爐給水泵易發(fā)生汽蝕振動(dòng);泵體內壓力脈動(dòng)，主要是泵葉輪密封環(huán),泵體密封環(huán)的間隙過(guò)大，造成泵體內泄漏損失大，回流嚴重，進(jìn)而造成轉子軸向力的不平衡和壓力脈動(dòng)，會(huì )增強振動(dòng)。另外，對于輸送熱水的泵，如果啟動(dòng)前泵的預熱不均，或者水泵滑動(dòng)銷(xiāo)軸系統的工作不正常，造成泵組的熱膨脹，會(huì )誘發(fā)啟動(dòng)階段的劇烈振動(dòng);泵體來(lái)自熱膨脹等方面的內應力不能釋放，則會(huì )引起轉軸支撐系統剛度的變化，當變化后的剛度與系統角頻率成整倍數關(guān)系時(shí)，就發(fā)生共振。
2 減輕振動(dòng)的措施
2.1 從設計制造環(huán)節消除振動(dòng)
2.1.1 機械結構設計方面注意的問(wèn)題
1)軸的設計
增加傳動(dòng)軸支撐軸承的數目，減小支撐間距,在適當范圍內減小軸長(cháng)，適當加大軸的直徑，增加軸的剛度;當泵軸轉速逐漸增加并接近或整數倍于泵轉子的固有振動(dòng)頻率時(shí)，泵就會(huì )猛烈振動(dòng)起來(lái)，所以在設計時(shí)，應使傳動(dòng)軸的固有頻率避開(kāi)電機轉子角頻率;提高軸的制造質(zhì)量，防止質(zhì)量偏心和過(guò)大的形位公差。
2)滑動(dòng)軸承的選擇。
采用無(wú)須潤滑的滑動(dòng)軸承;在液態(tài)烴等化工泵中，滑動(dòng)軸承材料應采用具有良好自潤滑性能的材料，比如聚四氟乙烯;在深井熱水泵中，導流襯套選擇填充聚四氟乙烯、石墨和銅粉的材質(zhì)，并合理設計其結構，使滑動(dòng)軸承的固定可靠;葉輪密封環(huán)和泵體密封環(huán)處采用摩擦因數小的摩擦副，比如M20lK石墨材料一鋼;限制最高轉速;提高軸瓦承載能力及軸承座的剛度。
3)使用應力釋放系統。
對于輸送熱水的泵，設計時(shí)，應使由泵體變形而引起的連接件之間的結構應力得以釋放，比如在泵體地腳螺栓上面增加螺栓套，避免泵體直接和剛度很大的基礎接觸。
2.12 水泵的水力設計注意事項
1)合理地設計水泵葉輪及流道，使葉輪內少發(fā)生汽蝕和脫流;合理選擇葉片數、葉片出口角、葉片寬度、葉片出口排擠系數等參數，消除揚程曲線(xiàn)駝峰;泵葉輪出口與蝸殼隔舌的距離，有資料認為該值為葉輪外徑的十分之一時(shí)，脈動(dòng)壓力最小;把葉片的出口邊緣做出傾角(比如做成20。左右)，來(lái)減小沖擊;保證葉輪與蝸殼之間的間隙;提高泵的工作效率。同時(shí)，對泵的出水流道等相關(guān)流道進(jìn)行優(yōu)化設計，減少水力損失引起的振動(dòng)。合理設計各種泵的進(jìn)水段處的吸入室，以及壓縮級的機械結構，減少壓力脈沖，可以保證流場(chǎng)穩定，提高泵的工作效率，減小能量損失，也可以提高泵的振動(dòng)動(dòng)態(tài)性能的穩定性。
2)汽蝕振動(dòng)是泵振動(dòng)的很重要的一部分。當泵的人口壓力低于相應水溫下的飽和壓力時(shí)，會(huì )發(fā)生伴隨劇烈振動(dòng)的汽蝕。減小汽蝕的措施包括:確定水泵的安裝高度時(shí)，使裝置的有效汽蝕余量大于泵的最小裝置汽蝕余量;適當加大進(jìn)水管直徑，縮短進(jìn)水管長(cháng)度，減少管路附件，通流部分斷面變化率力求最小，提高管壁的粗糙度;減少彎頭數目和加大管道轉彎角度;降低水泵的工作轉速;采用抗空化汽蝕的材料，比如不銹鋼，或在容易發(fā)生汽蝕的部位涂環(huán)氧樹(shù)脂;進(jìn)水流道設計要合理，力求平滑，使進(jìn)人葉輪的水流速度和壓力分布均勻，避免局部低壓區;提高制造加工質(zhì)量，避免因為葉片型線(xiàn)不準確造成局部流速過(guò)大，壓降過(guò)多;提高泵裝置的抗汽蝕性能，包括在泵的進(jìn)口處設置水力增能器，增能器的結構，提高泵的吸人壓頭，從而提高泵裝置汽蝕余量;增加幾何倒灌高度;盡量減少進(jìn)水管路水頭損失;采用雙吸式泵。
為了保證吸水管或壓水管內無(wú)空氣積存，吸水管的任何部分都不能高過(guò)水泵的進(jìn)口。為了減小人水口處的壓力脈動(dòng)，吸水管路直徑應比泵人口直徑大一個(gè)尺寸數量級，以便水流在泵人口處有一定的收縮，使流速分布比較均勻，同時(shí)還應當在泵人口前有一段直管，直管長(cháng)度不小于管路直徑的10倍。注意創(chuàng )造良好進(jìn)水條件，進(jìn)水池內水流要平穩均勻，以消除伴隨卡門(mén)渦旋的振動(dòng)。
3)基礎的設計。基礎的重量應為泵和電機等機械重量總合的三倍以上;盛水池的基礎應具有相當的強度;電機支架與基礎最好做成一體或做成面接觸;在泵和支架之間設置隔振墊或隔振器。另外，在管路之間采用減振材料連接，減少管路布置，可以消除彈性接觸和水力損失帶來(lái)的振動(dòng)。
2.2 從安裝和維護過(guò)程消除振動(dòng)
1)軸和軸系。
安裝前檢查水泵軸、電機軸、傳動(dòng)軸有沒(méi)有彎曲變形、質(zhì)量偏心的情況，若有，則必須矯正或者進(jìn)一步加工;檢查與導軸承接觸的傳動(dòng)軸，是否因彎曲而摩擦軸瓦或襯套而使自己受激力。如果監測表明，軸實(shí)際上已經(jīng)彎曲了，則矯正泵軸。同時(shí)，檢查軸的端間隙值，若該值過(guò)大，則表明軸承已磨損，需更換軸承。
2)葉輪。
動(dòng)、靜平衡是否合格。
3)聯(lián)軸器。
螺栓間距是否良好;彈性柱銷(xiāo)和彈性套圈結合不能過(guò)緊;聯(lián)軸器內孔與軸的配合是否過(guò)松，若太松，可采用諸如噴涂的方法來(lái)減小聯(lián)軸器內徑直至其達到過(guò)渡配合所要求的尺寸，而后將聯(lián)軸器固定在軸上。
4)滑動(dòng)軸承。
間隙值是否符合標準;各處潤滑是否良好;提高泵的軸瓦檢修工藝水平，嚴格遵循先刮瓦、后研磨、再刮瓦的循環(huán)程序，保證軸瓦與軸頸的接觸面積達到規定的標準:①泵軸頸與軸承間隙值，通過(guò)更換前后軸承、研磨、刮瓦、調整等手段達到合格。②泵軸承體與軸承箱球面頂間隙值合格。③泵軸軸承下瓦和泵軸軸頸接觸點(diǎn)及接觸角度:標準規定下瓦背與軸承座接觸面積應在60%以上，軸頸處滑動(dòng)接觸面上的接觸點(diǎn)密度保持在每平方厘米2一4個(gè)點(diǎn)，接觸角度保持在60“一90”。
5)支架和底板。
及時(shí)發(fā)現有振動(dòng)的支撐件的疲勞情況，防止因為強度和剛度降低造成固有頻率下降。
6)間隙和易損件。
保證電機軸承間隙合適;適當調整葉輪與渦殼之間的間隙;定期檢查、更換葉輪口環(huán)、泵體口環(huán)、級間襯套、隔板襯套等易磨損零件。
2.3 消除由于泵的選型和操作不當引起的振動(dòng)
兩泵并聯(lián)應保證泵性能相同。泵性能曲線(xiàn)應為緩降型為好，不能有駝峰。使用時(shí)要注意:消除導致水泵超載的因素，比如流道堵塞;適當延長(cháng)泵的啟時(shí)間，減小對傳動(dòng)軸的擾動(dòng)，減小轉動(dòng)部件和靜止零件之間的碰撞和摩擦，以及由此引起的熱變形;對于水潤滑的滑動(dòng)軸承，啟動(dòng)過(guò)程中應加足預潤滑水，避免干啟動(dòng)，直至水泵出水后再停止注水;定期向需要注油的軸承適量注油;對于長(cháng)軸液下離心泵，因為軸系存在著(zhù)扭轉振動(dòng)，若使用的有推力瓦，則受損傷的主要是推力瓦，這時(shí)可以適當提高潤滑油的粘度，防止液體動(dòng)壓潤滑膜的破壞。最后，為了防止泵的振幅過(guò)大，還可以使用測量分析振動(dòng)狀況來(lái)確定水泵的最佳工作參數。
3 結 論
泵振動(dòng)的誘因包括機械的、水力的和電力的原因。振動(dòng)控制綜合反映了機械加工工藝、機械安裝人員的操作水平、水泵操作人員的素質(zhì)、水力設計軟件的功能、各部分材料性能狀況、監測儀器的性能。實(shí)際工作中，排除振動(dòng)要結合經(jīng)驗和理論分析，將振動(dòng)機理分析和實(shí)際檢測儀器得到的數據結合起來(lái)。很多振動(dòng)可以通過(guò)提高設計和安裝質(zhì)量，提高操作水平，加強日常維護予以消除。伴隨著(zhù)新材料技術(shù)的發(fā)展和新工藝的出現，以及電子計算機技術(shù)與數值方法和流體力學(xué)基礎理論的進(jìn)步，加上振動(dòng)噪聲診斷技術(shù)的興起和發(fā)展，水泵的設計、使用、維護水平必將蒸蒸日上，性能也一定會(huì )日趨優(yōu)化，動(dòng)態(tài)性能也會(huì )日趨穩定。