當(dāng)氟塑料襯里離心泵和關(guān)聯(lián)系統(tǒng)產(chǎn)生故障時,通常歸結(jié)為4種情況:開裂,疲勞,摩擦磨損或泄露。開裂的原因是因?yàn)樨?fù)載,比如超過預(yù)期的壓力,或管口負(fù)荷超過正常水平。疲勞的原因就是施加的載荷是交變的,應(yīng)力周期地超過材料破裂的耐久極限,泵零部件的疲勞主要是由振動過高造成,而振動大由轉(zhuǎn)子不平衡,泵和驅(qū)動機(jī)間軸中心線的過大不對中,或固有頻率共振放大的過大運(yùn)動造成。
摩擦磨損和密封泄露代表著轉(zhuǎn)子和定子間的互相定位未能在設(shè)計(jì)的容差范圍。這樣可以動態(tài)發(fā)生,通常原因就是較大的振動。當(dāng)磨損或泄露位于殼體單個角度位置,比較常見的原因是因?yàn)椴豢山邮艿墓芸谳d荷量,和所導(dǎo)致的或獨(dú)立的泵/驅(qū)動機(jī)不對中。在高能泵(特別是加氫裂化和鍋爐給水泵),另一個在定子一個位置摩擦的可能性是溫度變化太快,導(dǎo)致每個部件由于隨溫度的變化,長度和裝配不匹配。也有一些特定的方法和程序可供遵循,降低發(fā)生這些問題的機(jī)會;或如果發(fā)生了,幫助確定解決這些問題的方法,從而讓一臺氟塑料襯里離心泵保養(yǎng)的更好。
1、振動評估
關(guān)于泵的振動和其它不穩(wěn)定機(jī)械狀態(tài)的診斷或預(yù)測,應(yīng)包括如下評估:
轉(zhuǎn)子動力學(xué)行為,包括臨界轉(zhuǎn)速,激勵響應(yīng),和穩(wěn)定性
扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速和振蕩應(yīng)力,包括起機(jī)/停機(jī)瞬
管路和管口負(fù)荷造成的不穩(wěn)定應(yīng)力,和不對中所導(dǎo)致的扭曲
由于扭振、止推和徑向負(fù)荷導(dǎo)致高應(yīng)力零部件的疲勞
軸承和密封的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)行為
正常運(yùn)行和連鎖停機(jī)過程的潤滑系統(tǒng)運(yùn)行
工作范圍對振動的影響
組合的泵和系統(tǒng)中的聲學(xué)共振(類似喇叭)
通常討論的振動問題是軸的橫向振動,即與軸垂直的轉(zhuǎn)子動力學(xué)運(yùn)動,然而,振動問題也會在泵的定子結(jié)構(gòu)發(fā)生,如立式泵,另外振動也會發(fā)生在軸向,也可能涉及扭振。
2、泵的運(yùn)行點(diǎn)對振動的影響
盡量運(yùn)行在BEF點(diǎn),否則,離心泵隨節(jié)流振動變大,除非節(jié)流伴隨轉(zhuǎn)速的改變?nèi)鏥FD。在給定轉(zhuǎn)速運(yùn)行遠(yuǎn)低于BEF,與遠(yuǎn)高于BEF一樣,使流體的速度角度與各級葉輪或擴(kuò)散器或蝸殼舌部的流道角度不匹配。在低于入口或出口回流的流量下,轉(zhuǎn)子葉輪穩(wěn)定的側(cè)負(fù)荷和搖動可能引起摩擦,甚至損壞軸承。
3、泵/驅(qū)動機(jī)對中
不對中僅次于不平衡,是旋轉(zhuǎn)機(jī)器振動問題第二個常見的原因。通常區(qū)分為兩種形式:平行不對中和角不對中,通常不對中是兩種的結(jié)合。有時一個轉(zhuǎn)子必須在冷態(tài)和未運(yùn)行時偏移,以便在運(yùn)行和熱態(tài)時保持對中。不對中主要造成2X轉(zhuǎn)頻振動,因?yàn)楦叨葯E圓的軌跡驅(qū)使軸運(yùn)行在不對中的一側(cè)。有時不對中負(fù)荷可導(dǎo)致高次諧頻(即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速整數(shù)倍頻,尤其3X),甚至可能降低振動,因?yàn)樗虞d轉(zhuǎn)子使其對軸承殼異常變強(qiáng)。
或者,不對中可實(shí)際上引起1X振動增大,通過抬起轉(zhuǎn)子使其離開重力加載的“軸承位置”,使軸承運(yùn)行在相對卸載狀態(tài)(這也可導(dǎo)致軸不穩(wěn)定,后述)。典型的不對中特征表現(xiàn)為2X振動,香蕉或數(shù)字8形軌跡,通常伴隨相對較大的軸向運(yùn)動,也是在2X,因?yàn)槁?lián)軸器經(jīng)歷非線性“壓彎”每轉(zhuǎn)兩次。
共振
振動超標(biāo)是常見的問題,尤其在變頻系統(tǒng),很可能存在一個激勵頻率等于一個固有頻率。為了避免共振,轉(zhuǎn)子和軸承座的固有頻率應(yīng)該與“運(yùn)球”型的力頻率很好分離,它們很可能是1X轉(zhuǎn)頻(典型不平衡),2X(典型不對中),或葉輪流道數(shù)乘以轉(zhuǎn)速(稱為“流道通過”振動,當(dāng)葉輪流道通過一個蝸殼舌或擴(kuò)散器流道“切流”)
實(shí)際上,共振放大(常稱為“Q”值)系數(shù)通常介于2至25之間,如果引起振動的力是穩(wěn)定的而不是振蕩的。Q取決于能量消耗的量,稱為“阻尼”,它在碰撞中發(fā)生。在一個汽車車身,這個阻尼由沖擊吸收器提供;在一個泵,它大部分由軸承和“環(huán)形密封”轉(zhuǎn)子和定子之間的流體陷阱提供,像平衡活塞。
對應(yīng)共振,模態(tài)沖擊測試是非常有效和被證明的方法,可快速發(fā)現(xiàn)共振的原因并從根本解決它。典型的解決方法包括對振動運(yùn)動區(qū)域選擇性的支撐,或者增加質(zhì)量。模態(tài)“敲擊“測試在機(jī)器運(yùn)行中進(jìn)行,這樣,軸承和密封是“承載的”并支撐轉(zhuǎn)子,在泵的典型運(yùn)行狀態(tài)。確認(rèn)你或服務(wù)商具有在機(jī)器運(yùn)行條件下進(jìn)行“敲擊”測試的能力。
4、泵入口設(shè)計(jì)對振動的影響
入口法蘭的機(jī)械連接,以及泵葉輪上游的液壓設(shè)計(jì),都會顯著影響泵的振動。避免在大的管口有無限制的膨脹節(jié)(管路“柔性節(jié)”),然而,主要的液壓問題是要有足夠的靜壓避免氣蝕。這意味著不僅僅具有足夠的凈正入口壓頭(NPSHA),還要高一些以滿足廠家公布的3%壓頭下降NPSHR(需要的NPHS)
當(dāng)NPSHA到3xNPHSR時,高頻氣蝕(有時聽不見的)將引起葉輪流道入口側(cè)或摩擦環(huán)出口側(cè)的侵蝕,并導(dǎo)致低頻有時流道通過頻率振動增加。除了入口壓力太低,如果泵運(yùn)行在遠(yuǎn)離BEF點(diǎn),進(jìn)入的流體對旋轉(zhuǎn)的葉輪流道的沖擊角度會與泵的設(shè)計(jì)者在該轉(zhuǎn)速下預(yù)測的不同,將在入口或出口發(fā)生流道失速,分別導(dǎo)致入口或出口回流。這種內(nèi)部回流可引起流道壓力側(cè)的氣蝕,導(dǎo)致旋渦狀流隨葉輪旋轉(zhuǎn),但是以一個較慢的轉(zhuǎn)速,在意想不到的次同步頻率激勵轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速,顯著增大振動。
5、平衡
不平衡是機(jī)器振動過大常見的原因(大約50%),緊隨其后的是不對中。一般認(rèn)為平衡分靜態(tài)(質(zhì)量中心偏離中心,質(zhì)量分布主軸仍與旋轉(zhuǎn)中心線平行)和動態(tài)(質(zhì)量中心軸與旋轉(zhuǎn)軸成角度)。對應(yīng)軸向短的部件(如一個止推墊圈)二者的差別可以忽略,只需要單面靜態(tài)平衡。對于長度大于1/6直徑的部件,應(yīng)考慮動態(tài)不平衡,至少需要雙面平衡。
對于運(yùn)行在二階臨界轉(zhuǎn)速(對泵不常見)的轉(zhuǎn)子,甚至雙面平衡還不夠,可能需要某些形式的高速模態(tài)平衡(即平衡去重考慮接近的固有頻率模態(tài)形狀)。不平衡表現(xiàn)為1X頻率,這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子的重點(diǎn)以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),使振動運(yùn)動以相同頻率。一般它也導(dǎo)致一個圓形軸心軌跡,盡管如果轉(zhuǎn)子在滑動軸承內(nèi)承受高負(fù)荷軌跡可能為橢圓。
然而,一些大學(xué)和商業(yè)組織開發(fā)了轉(zhuǎn)子動力學(xué)程序,可用的程序包括各種計(jì)算子程序,用于軸承和圓形密封(如摩擦環(huán)和平衡鼓)的剛度和阻尼系數(shù)計(jì)算,臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算,激勵響應(yīng)和轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性計(jì)算,它包括軸承和密封阻尼和“交叉耦合剛度”的影響(即與運(yùn)動垂直的的反作用力)。