为什么大型立式泵容易产生振动？
为什么大型立式泵容易产生振动？
前言
立式泵的型谱覆盖范围和应用范围都很广。它们已在许多不同的服务中输送不同的液体。大型立式泵可用于一些关键的服务，如大型冷却泵、大型海水泵送系统、大型火电厂及核电站的凝结水系统、大型地下水/灌溉系统等。但是，大型立式泵却普遍存在一个实际的、常见问题 - 容易产生振动。为什么？
动态特性与振动
大多数立式泵，通常都被设计成泵本体不配带推力轴承的型式，而泵的轴向推力则通过刚性联轴器传递给驱动机，由驱动机的推力轴承承受。为此，大型立式泵通常具有挠性的外壳和结构，其激励频率位于相对接近自然频率的位置。这样，它们在运行过程中容易（受较小激励源的影响）产生共振和高振动。需要对此类泵进行深入的振动研究和验证。
在许多立式泵中，动态性能和振动水平对泵或其特性/运行的变化非常敏感。这些变化包括对中、平衡情况、安装细节、维护工作、液位、负载等。换句话说，在不同于正常运行的运行情况下（另一种运行情况，如不同的部分负荷运行、不同的液位等），可能会发生共振。另一个关键点是这类泵的转子组件的现场再平衡能力。在调试、运行或维护期间，通常需要在现场进行。
在车间性能测试中可能未检测到潜在的共振，但是以后他们可能会在实际运行中体验到。已安装的立式泵实际现场基础条件与制造商车间试验中的条件不同。因此，有必要估算振动特性的变化，因为安装的立式泵在最终位置和工厂中配备测试的立式泵的基础条件存在很大的的差异。这是一项艰巨的任务。理论上，可以用一些复杂的数学模型来评价基础条件对立式泵动态特性的影响。然而，这通常是一个挑战。
除了基础条件外，众所周知，流经管道的流量还会对振动动力学产生影响。因此，这可能是车间和现场性能差异的另一个来源。在某些情况下，会经历由流动引起的振动（流激振动）。
上部结构振动
不管振动的类型如何，几乎所有的立式泵的振动问题（潜水泵除外）都出现在电动机或泵的上部。之所以会出现这种情况，是因为操作人员仅观察到泵的上部和驱动机，而且由于驱动机顶部通常位于（机组的）末端，因此其振动幅度最大。泵底座下方的振动通常不太引起注意。因为，在许多立式泵上，底座下方和底座上方的振动通过其刚性底座的配置或类似的布置彼此隔离。通常，振动的最大值在驱动机的顶部，振幅在驱动机底座处减小。有时泵出水管道的振动比泵本体的振动大。描绘高振幅的位置以及泵如何振动，有助于了解引起高振动的原因并解决问题。
记录停机和启动时的振动情况
对于大型立式泵，通常均配有振动监测。在配有振动监测的泵组上，为了获取有用的数据，一个很好的观察方法是在电机减速或在停机惰走期间的振动数据及其变化情况。如果振动逐渐减小，则表明存在不平衡、未对中、轴弯曲或类似原因。如果在电源关闭时振动立即减小，则通常是由于电动机中的电气不平衡。如果仅通过很小的转速变化就消除了振动，则原因可能是共振问题。当泵在减速中颤抖时，其原因是通过共振频率。类似的数据可以从启动时的振动中提取出来。但是，关机的情况通常更有用。建议分析关机和启动过程中的数据。
在泵停止运转的情况下，用手动旋转轴以查看其行为。如果难以旋转，原因可能是未对中、配合不良或轴弯曲。然而，一个容易旋转的轴并不能消除这些原因，因为小而有弹性的轴可以很容易地弯曲、而不会对轴承施加负载。
不准确且过于简单的模型分析
在一个25米长的长轴立式泵的案例研究中，大型水平轴电动机通过直角齿轮箱驱动立式泵轴。电动机、泵和直角齿轮箱都安装在一个共同的底座上，加上整体结构尺寸原因、底座较易发生变形弯曲。当泵以最大转速运行时，在齿轮箱、泵出口的各个位置，传感器会感应到高振动。作为根本原因分析的一部分，应估计系统的固有频率及其相关振型。然后，应对所有激励频率和（受）力进行评估。
使用所有必需的详细信息创建了较精确的有限元（FE）模型。对壳体组件和所有接管细节进行建模，包括管道内和周围液体、轴承星形架总成、动力轴及其联轴器等。
有限模态分析表明，轴的第一弯曲模态存在共振。换言之，动力轴一阶弯曲模态的固有频率几乎与泵的运行频率一致。这个固有频率已经远远低于制造商预测的值。原因是长柱管道为轴提供了柔性支撑。制造商提供了动态研究，但是由于制造商创建的模型比实际的模型更简单，不准确且僵硬，因此预测的固有频率更高，并且没有显示有任何共振。如果在精确的模型中不考虑基础和长柱管道的柔性，就无法预测这个问题。
特别说明
为了避免大型立式泵振动超标，应注意如下几点：
1） 尽可能让机组重心处于底座附近。
2） 合理布置泵进/出口管线及其支撑，同时，避免给泵带来额外的不对称的力和力矩。
3） 基础应具有足够的承载能力。
4） 对于并联运行的泵，两台之间必须具有足够的间距和/或隔离措施，避免相互之间产生干扰。
5） 实际工程应用中，针对独立的泵（组），为了避免其出现振动（超标）的有限元分析相对比较准确；而对于系统中的泵（组），由于涉及到现场很多不确定因素的影响，有限元分析的准确性相对较差，这取决于分析人员的工作经验和对现场各种不确定性因素的了解程度。
本文由泵沙龙翻译、整理、修改和补充，主要信息/观点来源于pumpsandsystems，仅供参考。
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