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公司新聞

科學(xué)“養(yǎng)”泵之振動(dòng)那些事,必看!

當(dāng)泵及其關(guān)聯(lián)體系發(fā)生毛病時(shí),一般歸結(jié)到四種類型:開裂,疲勞,摩擦磨損或泄漏。開裂的原因是過載,例如超越預(yù)期的壓力,或管口負(fù)荷超出推薦的水平。疲勞的條件是施加的載荷是交變的,應(yīng)力周期地超越材料破裂的耐久極限,泵部件的疲勞首要由振蕩過大引起,而振蕩大由轉(zhuǎn)子不平衡,泵和驅(qū)動(dòng)機(jī)之間軸中心線的過大不對中,或固有頻率共振擴(kuò)大的過大運(yùn)動(dòng)引起。

  摩擦磨損和密封泄漏意味著轉(zhuǎn)子和定子之間的相互定位沒有在設(shè)計(jì)的容差規(guī)模。這能夠動(dòng)態(tài)發(fā)生,一般原因是過大的振蕩。當(dāng)磨損或泄漏位于殼體單個(gè)視點(diǎn)方位,常見的原因是不可接受的管口載荷量,及其導(dǎo)致的或獨(dú)立的泵/驅(qū)動(dòng)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(gè)在定子一個(gè)方位摩擦的或許性是溫度改變太快,導(dǎo)致每個(gè)部件由于隨溫度的改變,長度和裝配不匹配。

    有一些特定的辦法和程序可供遵循,降低發(fā)生這些問題的機(jī)會(huì);或假如發(fā)生了,幫助確認(rèn)處理這些問題的辦法,然后讓一臺(tái)泵保養(yǎng)的更好。

振蕩評價(jià)

關(guān)于泵的振蕩和其它不穩(wěn)定機(jī)械狀態(tài)的確診或預(yù)測,應(yīng)包含如下評價(jià):

  • 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)行為,包含臨界轉(zhuǎn)速,鼓勵(lì)呼應(yīng),和穩(wěn)定性

  • 扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速和振蕩應(yīng)力,包含起機(jī)/停機(jī)瞬態(tài)

  • 管路和管口負(fù)荷引起的不穩(wěn)定應(yīng)力,和不對中導(dǎo)致的扭曲

  • 由于扭振、止推和徑向負(fù)荷導(dǎo)致高應(yīng)力部件的疲勞

  • 軸承和密封的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)行為

  • 正常運(yùn)轉(zhuǎn)和連鎖停機(jī)過程的潤滑體系運(yùn)轉(zhuǎn)

  • 工作規(guī)模對振蕩的影響

  • 組合的泵和體系中的聲學(xué)共振(類似喇叭)

    一般評論的振蕩問題是軸的橫向振蕩,即與軸筆直的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng),但是,振蕩問題也會(huì)在泵的定子結(jié)構(gòu)發(fā)生,如立式泵,別的振蕩也會(huì)發(fā)生在軸向,也或許涉及扭振。

泵的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)對振蕩的影響

    盡量運(yùn)轉(zhuǎn)在BEF點(diǎn),否則,離心泵隨節(jié)省振蕩變大,除非節(jié)省隨同轉(zhuǎn)速的改變?nèi)鏥FD。在給定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)遠(yuǎn)低于BEF,與遠(yuǎn)高于BEF一樣,使流體的速度視點(diǎn)與各級葉輪或擴(kuò)散器或蝸殼舌部的流道視點(diǎn)不匹配。在低于進(jìn)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(dòng)或許引起摩擦,乃至損壞軸承。

    一些工廠考慮未來生產(chǎn)擴(kuò)容,購買大于需求能力的設(shè)備,但是這樣會(huì)發(fā)生幾年的本應(yīng)牢靠設(shè)備的功能不牢靠。如圖1的典型結(jié)果,雖然運(yùn)轉(zhuǎn)在低于BEF是允許的乃至對某些應(yīng)用是必須的,但是絕不要使泵長期運(yùn)轉(zhuǎn)在低于廠家供給的“最小連續(xù)流量”,否則脈動(dòng)和振蕩將有階躍升高。

泵進(jìn)口設(shè)計(jì)對振蕩的影響

    進(jìn)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(huì)明顯影響泵的振蕩。防止在大的管口有無限制的膨脹節(jié)(管路“柔性節(jié)”),但是,首要的液壓問題是要有足夠的靜壓防止氣蝕。這意味著不僅僅具有足夠的凈正進(jìn)口壓頭(NPSHA),還要高一些以滿意廠家公布的3%壓頭下降NPSHR(需求的NPHS)。

    當(dāng)NPSHA到3xNPHSR時(shí),高頻氣蝕(有時(shí)聽不見的)將引起葉輪流道進(jìn)口側(cè)或摩擦環(huán)出口側(cè)的侵蝕,并導(dǎo)致低頻有時(shí)流道經(jīng)過頻率振蕩添加。除了進(jìn)口壓力太低,假如泵運(yùn)轉(zhuǎn)在遠(yuǎn)離BEF點(diǎn),進(jìn)入的流體對旋轉(zhuǎn)的葉輪流道的沖擊視點(diǎn)會(huì)與泵的設(shè)計(jì)者在該轉(zhuǎn)速下預(yù)測的不同,將在進(jìn)口或出口發(fā)生流道失速,別離導(dǎo)致進(jìn)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(gè)較慢的轉(zhuǎn)速,在意想不到的次同步頻率鼓勵(lì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速,明顯增大振蕩。

平衡

    不平衡是機(jī)器振蕩過大最常見的原因(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)量中心違背中心,質(zhì)量散布主軸仍與旋轉(zhuǎn)中心線平行)和動(dòng)態(tài)(質(zhì)量中心軸與旋轉(zhuǎn)軸成視點(diǎn))。對應(yīng)軸向短的部件(如一個(gè)止推墊圈)二者的差別能夠忽略,只需求單面靜態(tài)平衡。關(guān)于長度大于1/6直徑的部件,應(yīng)考慮動(dòng)態(tài)不平衡,至少需求雙面平衡。

    關(guān)于運(yùn)轉(zhuǎn)在二階臨界轉(zhuǎn)速(對泵不常見)的轉(zhuǎn)子,乃至雙面平衡還不行,或許需求某些辦法的高速模態(tài)平衡(即平衡去重考慮最接近的固有頻率模態(tài)形狀)。不平衡表現(xiàn)為1X頻率,這是由于轉(zhuǎn)子的要點(diǎn)以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),使振蕩運(yùn)動(dòng)以相同頻率。一般它也導(dǎo)致一個(gè)圓形軸心軌道,雖然假如轉(zhuǎn)子在滑動(dòng)軸承內(nèi)承受高負(fù)荷軌道或許為橢圓。

 泵/驅(qū)動(dòng)機(jī)對中

    不對中僅次于不平衡,是旋轉(zhuǎn)機(jī)器振蕩問題第二個(gè)最常見的原因。一般區(qū)分為兩種辦法:平行不對中和角不對中,一般不對中是兩種的結(jié)合。有時(shí)一個(gè)轉(zhuǎn)子必須在冷態(tài)和未運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)偏移,以便在運(yùn)轉(zhuǎn)和熱態(tài)時(shí)保持對中。不對中首要引起2X轉(zhuǎn)頻振蕩,由于高度橢圓的軌道驅(qū)使軸運(yùn)轉(zhuǎn)在不對中的一側(cè)。有時(shí)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),乃至或許降低振蕩,由于它加載轉(zhuǎn)子使其對軸承殼反常變強(qiáng)。

    或許,不對中可實(shí)踐上引起1X振蕩增大,經(jīng)過抬起轉(zhuǎn)子使其離開重力加載的“軸承方位”,使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)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振蕩,香蕉或數(shù)字8形軌道,一般隨同相對較大的軸向運(yùn)動(dòng),也是在2X,由于聯(lián)軸器經(jīng)歷非線性“壓彎”每轉(zhuǎn)兩次。

  共振

    振蕩超標(biāo)是常見的問題,尤其在變頻體系,很或許存在一個(gè)鼓勵(lì)頻率等于一個(gè)固有頻率。為了防止共振,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,它們很或許是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“流道經(jīng)過”振蕩,當(dāng)葉輪流道經(jīng)過一個(gè)蝸殼舌或擴(kuò)散器流道“切流”)

    實(shí)踐上,共振擴(kuò)大(常稱為“Q”值)系數(shù)一般介于2至25之間,假如引起振蕩的力是穩(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(gè)汽車車身,這個(gè)阻尼由沖擊吸收器供給;在一個(gè)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供給,像平衡活塞。

 對應(yīng)共振,模態(tài)沖擊測驗(yàn)對錯(cuò)常有效和被證明的辦法,可快速發(fā)現(xiàn)共振的原因并從根本處理它。典型的處理辦法包含對最大振蕩運(yùn)動(dòng)區(qū)域挑選性的支撐,或許添加質(zhì)量。模態(tài)“敲擊“測驗(yàn)最好在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)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)轉(zhuǎn)狀態(tài)。確認(rèn)你或服務(wù)商具有在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)條件下進(jìn)行“敲擊”測驗(yàn)的能力。

轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)評價(jià) 

    轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)需求一個(gè)比結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)更專業(yè)核算機(jī)程序,由于它必須包含的影響如:

◆ 在軸承,葉輪和密封,作為轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的函數(shù)的三維剛度和阻尼

◆ 葉輪和止推平衡裝置流體鼓勵(lì)力,和

◆ 陀螺效應(yīng)

    但是,一些大學(xué)和商業(yè)安排開發(fā)了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)程序,可用的程序包含各種核算子程序,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)核算,臨界轉(zhuǎn)速核算,鼓勵(lì)呼應(yīng)和轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性核算,它包含軸承和密封阻尼和“穿插耦合剛度”的影響(即與運(yùn)動(dòng)筆直的的反作用力)。

流體“添加質(zhì)量”對轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)固有頻率的影響  

    圍繞轉(zhuǎn)子的流體以三種辦法添加轉(zhuǎn)子的慣性:流體被困在葉輪通道直接添加質(zhì)量;由于葉輪和軸材料的存在移動(dòng)的流體直接對轉(zhuǎn)子體系添加質(zhì)量,由于轉(zhuǎn)子在流體中的振蕩,它必須移動(dòng)這個(gè)質(zhì)量;以及在嚴(yán)密間隙中的流體,必定比轉(zhuǎn)子振蕩加速度更快地加速以保持連續(xù)性,并因而或許會(huì)添加很多倍于其移動(dòng)的質(zhì)量(稱為Stroke Effect)。

環(huán)形密封“Lomakin效應(yīng)”對轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)固有頻率的影響  

    泵的環(huán)形密封(例如,摩擦環(huán)和平衡鼓)可對動(dòng)力學(xué)特性影響很大,經(jīng)過改變轉(zhuǎn)子支撐剛度然后轉(zhuǎn)子固有頻率,因而能夠避開或?qū)е聫?qiáng)一倍和二倍轉(zhuǎn)頻鼓勵(lì)與一個(gè)低固有頻率之間或許的共振。環(huán)形密封的剛度和阻尼小部分由擠壓油膜和流體動(dòng)力楔(對滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)廣為所知)供給。但是,由于在環(huán)形密封中相對軸承來說存在高的軸向?qū)A周流速比例,由于圓周間隙改變能夠在環(huán)形間隙發(fā)生很大的力,隨著轉(zhuǎn)子偏疼的發(fā)展引起B(yǎng)ernoulli壓降,這被稱為Lomakin效應(yīng),而且是泵的環(huán)形密封中最大的剛度和阻尼力發(fā)生機(jī)制。

    Lomakin效應(yīng)直接取決于經(jīng)過密封的壓降,關(guān)于恒定體系流阻它發(fā)生Lomakin支撐剛度大約隨著轉(zhuǎn)速的平方而改變。但是,關(guān)于大約恒定的體系壓頭,導(dǎo)致只有很小的Lomakin效應(yīng)隨轉(zhuǎn)速的改變。其它重要的參數(shù)是環(huán)形密封長度,直徑和間隙;流體特性是次要的除非涉及非常高的粘度。但是,流體漩渦能夠?qū)е翷omakin效應(yīng)的明顯下降,或許添加隨同它的穿插耦合,重要的是,當(dāng)穿插耦合反作用力超越阻尼反作用力,它或許引起轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定(如合理設(shè)置的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)程序所估算的那樣)。

    間隙效應(yīng)是最強(qiáng)的幾許尺度影響,Lomakin效應(yīng)大約與其平方成反比。間隙影響很大的物理解釋是,它給圓周壓力散布(Lomakin效應(yīng)的原因)經(jīng)過圓周流動(dòng)而消除。任何環(huán)形密封腔帶有切槽在必定程度具有與添加間隙相同的作用,在這個(gè)視點(diǎn)看深槽比淺槽更差。

  轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)剖析  

    橫向轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)剖析能夠一般不包含其它泵體系部件,如驅(qū)動(dòng)機(jī),泵殼體,軸承座,基礎(chǔ)或管道,但是,泵軸的扭轉(zhuǎn)振蕩和各種泵固定結(jié)構(gòu)的振蕩是取決于體系的,由于振蕩的固有頻率和振型隨部件的質(zhì)量,剛度和阻尼而改變的,不是包含在泵中的那些。

    雖然扭振問題再泵不常見,除非由高頻VDF鼓勵(lì)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),或由往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),復(fù)雜的泵/驅(qū)動(dòng)鏈具有扭振問題的或許性。這能夠經(jīng)過核算進(jìn)行查看,包含前幾階扭振臨界轉(zhuǎn)速,和體系在起機(jī)瞬態(tài),穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn),連鎖和電動(dòng)機(jī)操控的瞬態(tài)過程中對鼓勵(lì)的強(qiáng)迫振蕩呼應(yīng)。強(qiáng)迫呼應(yīng)應(yīng)該按照靜態(tài)的加上振蕩的應(yīng)力之和,在驅(qū)動(dòng)鏈的最高應(yīng)力元件,一般是最小軸直徑處。

    一般核算前兩個(gè)扭振模型足夠掩蓋期望的鼓勵(lì)頻率規(guī)模,為此,泵機(jī)組必須按照至少三個(gè)部分建模:泵轉(zhuǎn)子,聯(lián)軸器(包含任何墊塊)和驅(qū)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子。假如運(yùn)用柔性聯(lián)軸器(如盤聯(lián)軸器),聯(lián)軸器的剛度將與軸的剛度在一個(gè)數(shù)量級,必須包含在剖析中。聯(lián)軸器扭轉(zhuǎn)剛度的良好估量,一般相對獨(dú)立與速度和穩(wěn)態(tài)扭矩,列在聯(lián)軸器樣本數(shù)據(jù)中,一般供給給定尺度的剛度規(guī)模。

    假如包含齒輪箱,每個(gè)齒輪必須單獨(dú)考慮,按照慣量和嚙合比。假如泵或驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子與將轉(zhuǎn)子連接到聯(lián)軸器的軸相比不是至少幾倍的扭轉(zhuǎn)剛度,那么單個(gè)軸長度和內(nèi)部葉輪應(yīng)包含在模型中,但是對工業(yè)泵來說要求最后一步是不常見的。

    手工核算前幾個(gè)扭轉(zhuǎn)固有頻率的辦法由Blevins給出,但是泵的扭振核算應(yīng)該包含體系阻尼的影響。為了以足夠精度確認(rèn)軸的應(yīng)力,應(yīng)該運(yùn)用數(shù)字的程序,如Holzer辦法,傳遞矩陣法或有限元剖析(FEA)。

    最低扭轉(zhuǎn)振型是在泵/驅(qū)動(dòng)體系最常被激起的,這個(gè)扭轉(zhuǎn)振型的大部分運(yùn)動(dòng)發(fā)生在泵的軸上。這種情況下,首要的阻尼來自泵葉輪,當(dāng)它由于扭振運(yùn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)在稍高和稍低的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速時(shí)消耗的能量。這個(gè)阻尼的粗略估量公式:

    阻尼 = 2x(額外扭矩)x(估量的頻率)/(額外轉(zhuǎn)速)^2

    為了確認(rèn)期望的大扭振鼓勵(lì)的頻率,以及這些頻率下發(fā)生扭矩值,任何給定轉(zhuǎn)速和流量下的泵的扭矩能夠乘以一個(gè)單位系數(shù)“p.u.”,重要頻率下的p.u.系數(shù)可從特定體系的電機(jī)和操控生產(chǎn)商那里取得,一般是感興趣的狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩的大約0.01至0.05,峰-峰值。

    來自電動(dòng)機(jī)的最重要的扭轉(zhuǎn)鼓勵(lì)頻率是極數(shù)乘以滑差頻率(對感應(yīng)電動(dòng)機(jī)),轉(zhuǎn)速乘以極數(shù),以及轉(zhuǎn)速本身;泵的不穩(wěn)定的流體扭矩也存在,頻率表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速乘以葉輪流道數(shù),強(qiáng)度等于傳遞的扭矩除以流道數(shù),一般具有的最大值也是在0.01至0.05區(qū)間,不在BEP最佳運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)和/或葉輪少于4個(gè)流道一般具有較高的值。

    關(guān)于包含變速或VFD的體系,應(yīng)該特別關(guān)注,除了鼓勵(lì)頻率掃描一個(gè)大的規(guī)模然后添加發(fā)生共振的機(jī)會(huì),老式的VFD操控器供給新的鼓勵(lì),表現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的各種“操控脈沖”乘數(shù),一般為6X或12X,以及也常為整分?jǐn)?shù)約數(shù)。操控器生產(chǎn)廠商能夠預(yù)測這些頻率及其相關(guān)的p.u.系數(shù)。

    對機(jī)組扭轉(zhuǎn)特性的可接受度的判斷應(yīng)該根據(jù)在所有運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),受迫呼應(yīng)軸應(yīng)力是否在疲勞極限預(yù)留了足夠安全系數(shù)之下。對一個(gè)仔細(xì)剖析的轉(zhuǎn)子體系,推薦的最小安全系數(shù)是2。

轉(zhuǎn)子動(dòng)力穩(wěn)定性  

    轉(zhuǎn)子動(dòng)力穩(wěn)定性指一種現(xiàn)象,即使主動(dòng)的穩(wěn)定的鼓勵(lì)非常低,具有反響支持力的轉(zhuǎn)子及其體系能夠成為自激的,導(dǎo)致或許災(zāi)害性的振蕩水平。轉(zhuǎn)子動(dòng)力不穩(wěn)定性的一個(gè)關(guān)鍵因素是穿插耦合剛度,穿插剛度源于在軸承和其它嚴(yán)密的旋轉(zhuǎn)間隙中建立的流體動(dòng)力油膜,流體動(dòng)力油膜具有傾向于將轉(zhuǎn)子推回到其中心方位的有利作用 – 這是典型的流體膜(軸頸)軸承的工作原理。

    但是,除此之外,穿插耦合力矢量作用在與運(yùn)動(dòng)筆直的方向,與源自流體阻尼的矢量方向相反,因而很多人將穿插耦合剛度理解為負(fù)阻尼。穿插耦合作用對穩(wěn)定性對錯(cuò)常重要的,假如穿插耦合力矢量變成大于阻尼矢量,振蕩引起反響力以一種反饋的辦法導(dǎo)致不斷添加的振蕩,軸心軌道不斷變大直到發(fā)生嚴(yán)峻摩擦,或由于大的運(yùn)動(dòng)反饋停止。

    軸半速渦動(dòng)是一個(gè)在低于一階非臨界阻尼的軸彎曲固有頻率下的受迫呼應(yīng),它是由流體鼓勵(lì)力驅(qū)動(dòng)的,發(fā)生力的靜態(tài)壓力場以低于轉(zhuǎn)速的某個(gè)速度旋轉(zhuǎn),流體旋轉(zhuǎn)的速度成為渦動(dòng)速度。

    渦動(dòng)最常見的原因是圍繞葉輪前或后側(cè)板,或在軸頸軸承的間隙的流體旋轉(zhuǎn),這種流體旋轉(zhuǎn)一般是轉(zhuǎn)速的約45%,由于流體在定子殼壁是固定的,在轉(zhuǎn)子表面以轉(zhuǎn)子的速度旋轉(zhuǎn),這樣在旋轉(zhuǎn)間隙建立起大約半速的“庫艾特流”散布。驅(qū)動(dòng)這個(gè)渦動(dòng)的壓力散布一般是傾斜的,這樣穿插耦合的重量與渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向相同,而且或許很強(qiáng)。假如某種原因間隙在一側(cè)減小,例如由于偏疼,結(jié)果耦合的力進(jìn)一步添加。

    假如流體渦動(dòng)頻率隨轉(zhuǎn)速添加而添加,直到渦動(dòng)位于一個(gè)轉(zhuǎn)子很小阻尼的臨界轉(zhuǎn)速,穿插耦合力的作用相位相關(guān)于對它的反響力成為不穩(wěn)定的(力導(dǎo)致變形導(dǎo)致更大的力),那么“軸渦動(dòng)”變?yōu)樗^的“軸振蕩”,它是很具破壞性的,迅速地磨損掉泵腔內(nèi)密封所需求的嚴(yán)密設(shè)計(jì)間隙。

    軸振蕩的特征是一旦它開始,所有自激發(fā)生在軸的彎曲固有頻率,這樣振蕩呼應(yīng)頻率“確認(rèn)”固有頻率。由于振蕩開始于當(dāng)渦動(dòng)接近轉(zhuǎn)速的一半,并等于軸的固有頻率,正常的1X轉(zhuǎn)速頻率頻譜和大概圓形的軸心軌道現(xiàn)在表現(xiàn)出明顯的大約0.45倍轉(zhuǎn)速重量,在軌道上表現(xiàn)為一個(gè)環(huán),反映每隔一轉(zhuǎn)一次軌道脈動(dòng)。這種情況下的典型觀察是振蕩“確認(rèn)”在固有頻率上,導(dǎo)致在振蕩開始之后轉(zhuǎn)速升高,振蕩違背渦動(dòng)的恒定百分比轉(zhuǎn)速。

  參數(shù)共振和分?jǐn)?shù)頻率  

    現(xiàn)已發(fā)現(xiàn),在透平機(jī)器中當(dāng)轉(zhuǎn)子與殼體的定子部件相互作用時(shí),常見一些類型的非線性振蕩呼應(yīng),它們一般歸結(jié)到參數(shù)共振類型,超出了本文評論的規(guī)模。它們可導(dǎo)致大的振蕩,雖然相對低的驅(qū)動(dòng)力。一般來講,這些共振是由軸承支撐松動(dòng)或在軸承、密封或其它旋轉(zhuǎn)間隙處的摩擦引起的,征狀是脈動(dòng)的軸心軌道,在轉(zhuǎn)速的整分?jǐn)?shù)倍頻,如1/2,1/4等振蕩較大。

  測驗(yàn)辦法 – FFT頻譜剖析  

    振蕩幅值對頻率的FFT頻譜或“特征”剖析可確認(rèn)那些被強(qiáng)烈激起的頻率,對熟悉泵的內(nèi)部部件和泵所連接的體系的振蕩特性的專業(yè)人員,提示或許的根本原因。特征剖析之后,實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)剖析(EMA)現(xiàn)已證明其經(jīng)過別離確認(rèn)泵體系的鼓勵(lì)力和固有頻率快速處理問題的能力。

    泵的振蕩達(dá)到最大的轉(zhuǎn)速,而且依據(jù)經(jīng)驗(yàn),很嚴(yán)峻足以引起牢靠性問題,被稱為“臨界轉(zhuǎn)速”。泵的臨界轉(zhuǎn)速一般由“瀑布圖”確認(rèn),它是泵在靜止和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之間加速或減速過程中,振蕩幅值對頻率的頻譜對時(shí)刻的3-D繪圖。圖3所示的例子,是一個(gè)鍋爐給水泵在一個(gè)低流速下(排放口節(jié)?。┰谝粋€(gè)速度規(guī)模內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)的三維圖。對泵來說,這樣一個(gè)繪圖或許有明顯誤差,由于環(huán)形密封在起機(jī)和停機(jī)的瞬態(tài)的剛度值k與它們在感興趣的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的值有很大差別,首要由于 Lomakin效應(yīng)。

    級聯(lián)圖的剖析配對是坎貝爾圖,它是振蕩鼓勵(lì)頻率對轉(zhuǎn)速的繪圖。由于泵中最強(qiáng)的振蕩鼓勵(lì)發(fā)生在轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍頻,這些(1X,2X和流道經(jīng)過)在圖中作為從坐標(biāo)原點(diǎn)放射的斜線繪出,同樣對前幾個(gè)核算的轉(zhuǎn)子固有頻率匯出大約水平線。鼓勵(lì)和固有頻率曲線的交點(diǎn)用半徑等于交點(diǎn)發(fā)生的頻率的10%畫圓標(biāo)注,假如任何圓的任何部分位于代表最小和最大運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的兩條筆直線之間,那么共振會(huì)發(fā)生,需求采取步驟移動(dòng)有問題的固有頻率,添加其阻尼直到達(dá)到臨界阻尼,或消除鼓勵(lì)源。

測驗(yàn)辦法 – 沖擊(敲擊)測驗(yàn) 

    在模態(tài)呼應(yīng)沖擊測驗(yàn)或激振器測驗(yàn)確認(rèn)固有頻率時(shí),展示結(jié)果方便的繪圖是log振蕩值對頻率,結(jié)合相位角對頻率的繪圖,這個(gè)繪圖識(shí)別和驗(yàn)證固有頻率的值并表示其擴(kuò)大系數(shù)。另一個(gè)有用的繪圖是奈奎斯特圖,它承載相似的信息,但以極坐標(biāo)圖的辦法,振蕩值是放射的矢量,相位是其視點(diǎn)。對后者,固有頻率繪圖作為近似圓,運(yùn)用奈奎斯特圖接近的振型更簡單識(shí)別和分隔。

    實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)剖析(EMA)是一個(gè)振蕩測驗(yàn)辦法,它對泵施加已知的力(在測驗(yàn)規(guī)模所有頻率上恒定),泵由這個(gè)力單獨(dú)發(fā)生的振蕩呼應(yīng)被觀察和剖析。EMA能夠在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上也能夠在現(xiàn)場確認(rèn)泵的振蕩特性,能夠得到結(jié)合了殼體、管道和支撐結(jié)構(gòu)的實(shí)踐固有頻率;而且假如采用特殊的數(shù)據(jù)收集步驟,EMA也能夠在泵的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)確認(rèn)轉(zhuǎn)子的固有頻率。

    做EMA運(yùn)用的首要工具是一個(gè)雙通道FFT頻率剖析儀,一個(gè)PC和特定軟件,一組振蕩呼應(yīng)探頭如加速度傳感器或渦流探頭,和一個(gè)沖擊力錘。力錘的設(shè)計(jì)能夠?qū)⒘ι⒉嫉揭粋€(gè)頻率規(guī)模,掩蓋測驗(yàn)的規(guī)模,結(jié)果就像一系列激振器測驗(yàn)的結(jié)合。沖擊力錘在其頭部有一個(gè)加速度計(jì),標(biāo)定指示施加的力,在EMA測驗(yàn)時(shí),力錘沖擊力加速度傳感器的信號連接到頻譜剖析儀的一個(gè)通道。在每個(gè)頻率上,第二通道除以榜首通道得到泵及其連接的體系的“頻率呼應(yīng)函數(shù)”(FRF)。FRF的峰對錯(cuò)臨界阻尼的固有頻率,峰的寬度和高度指示每個(gè)固有頻率的阻尼,以及在測驗(yàn)方位振蕩對力錘沖擊的方位附近發(fā)生的力,在給定固有頻率附近頻率的靈敏性。

    Marscher開發(fā)了EMA的變種,不需求停掉泵、在實(shí)踐現(xiàn)場測驗(yàn)的時(shí)刻和運(yùn)轉(zhuǎn)制約下就能夠準(zhǔn)確確認(rèn)固有頻率,這個(gè)辦法稱為時(shí)刻均勻沖擊(TAP)。TAP辦法統(tǒng)計(jì)識(shí)別模態(tài)剖析的數(shù)據(jù),以便在泵運(yùn)轉(zhuǎn)在有問題的狀態(tài)下牢靠地確認(rèn)結(jié)構(gòu)固有頻率和振型,共振力的方位和頻率,和轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速。TAP然后運(yùn)用經(jīng)典模態(tài)剖析處理技術(shù)發(fā)生每個(gè)固有頻率下振型的動(dòng)畫模型,預(yù)測設(shè)想的設(shè)計(jì)改變的有效性,例如加強(qiáng)軸承剛度,新的管道支撐,或加厚基板。這個(gè)辦法可應(yīng)用于任何轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下機(jī)器。

    EMA能夠分類復(fù)雜的模型測驗(yàn)數(shù)據(jù)庫,由多個(gè)方位對一個(gè)敲擊方位的振蕩呼應(yīng)的FRF繪圖組成,挑選的敲擊方位代表或許存在明顯鼓勵(lì)力的當(dāng)?shù)?。這個(gè)分類處理的結(jié)構(gòu)是準(zhǔn)確預(yù)測測驗(yàn)規(guī)模內(nèi)每個(gè)固有頻率的頻率和阻尼,將“成箱的”固有頻率振蕩變?yōu)椤罢裥汀?。在一些EMA軟件,這個(gè)信息能夠用來自動(dòng)預(yù)測添加質(zhì)量、阻尼器或支撐的最佳方位,以處理與給定振型有關(guān)的振蕩問題。關(guān)于機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在很大方位和方向收集的振蕩也能夠做類似的“箱”,被稱為運(yùn)轉(zhuǎn)變形形狀(ODS),ODS是一個(gè)非常有用的毛病排查工具,由于比如軟腳、部件松動(dòng)、過大柔性區(qū)域之類的問題即刻變?yōu)槊黠@的,然后能夠提出修理措施。

振蕩毛病排查 

    圖4和圖5表示一個(gè)代表性的泵型式的典型毛病模式和相關(guān)的頻率,這些圖的要點(diǎn)不在于包含所有泵的問題,但示出了首要問題,以及這些問題如何與導(dǎo)致的振蕩相關(guān)。圖6表示FFT頻譜和x-y軌道(在探頭方位軸中心線的運(yùn)動(dòng))如何被用來確認(rèn)發(fā)生了什么毛病,根據(jù)振蕩水平,它們的嚴(yán)峻性怎樣。

案例:立式泵帶空心軸/齒輪箱驅(qū)動(dòng) 

    一個(gè)首要的US煉油廠的一些服務(wù)水泵發(fā)生了一系列齒輪箱失效問題,發(fā)出強(qiáng)烈的尖利噪聲違反OSHA標(biāo)準(zhǔn)。這些泵經(jīng)過汽機(jī)經(jīng)過一個(gè)直角1:1齒輪箱和空心軸以可變轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)。來自泵、透平和齒輪箱制造商和獨(dú)立咨詢公司的很多專家,在安裝以來的幾年中未能成功地運(yùn)用振蕩特征測驗(yàn)(和某些FEA)理解和消除問題,更換一些按照更嚴(yán)格的誤差仔細(xì)建造的齒輪箱沒有作用,懷疑問題與由齒輪嚙合頻率激起的扭轉(zhuǎn)臨界轉(zhuǎn)速有關(guān)。但是,完成的扭振測驗(yàn)發(fā)現(xiàn)所有轉(zhuǎn)子體系的扭轉(zhuǎn)固有頻率接近他們預(yù)測的值,并不接近設(shè)備的單一的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

     沖擊模態(tài)測驗(yàn)在所有曝露的定子以及轉(zhuǎn)子部件完成,運(yùn)用上述談到的累計(jì)時(shí)刻均勻辦法,沒有結(jié)果指示存在任何固有頻率接近齒輪嚙合鼓勵(lì)頻率,直到對4英尺長的空驅(qū)動(dòng)軸在其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行沖擊測驗(yàn)。驚人的測驗(yàn)結(jié)果表明,空心軸在扭矩下幾乎正好在齒嚙合頻率具有一個(gè)“鐘振型”,鼓勵(lì)的固有頻率振型如圖7所示,空心軸振型呈橢圓形,具有非常小的阻尼,引起軸長度隨著橫截面周期性地變?yōu)闄E圓而波動(dòng)。

     后續(xù)的剖析表明,出人意料的軸向運(yùn)動(dòng)是經(jīng)過“泊松效應(yīng)”發(fā)生的,即是,當(dāng)你在一個(gè)方向拉緊部件,它自動(dòng)在筆直方向同時(shí)變形。經(jīng)過進(jìn)一步測驗(yàn)表明,驅(qū)動(dòng)力是來自大小齒輪嚙合是扭轉(zhuǎn)和軸向載荷的結(jié)合。驅(qū)動(dòng)軸用油脂填充阻尼衰減這個(gè)反常振蕩,齒輪箱噪聲立即下降了10倍,所有齒輪箱問題得以處理。

  結(jié)  論   

    比如查看振蕩的可接受性的程序之類的問題看似簡單,現(xiàn)實(shí)中,它需求經(jīng)驗(yàn)得到正確定論,涉及與挑選和運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)離心泵相關(guān)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)的許多事項(xiàng)。

    ◆ 剖析機(jī)器“在先”,在安裝之前,最好在收購之前。假如沒有內(nèi)部人員做,請第三方咨詢,或使它作為招標(biāo)過程,制造商必須以可信的辦法為你完成這種剖析,但是有很多“可變通”的查看和簡單剖析,作為非專家人士能夠自己完成。

    ◆ 認(rèn)真對待你買的泵的大小,與你的過程和泵體系真正的需求比較。不要買大的多的泵,你之后會(huì)花大部分時(shí)刻使之部分負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

    ◆ 關(guān)于轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)剖析,對中監(jiān)測,和固有頻率共振測驗(yàn),運(yùn)用核算機(jī)軟件工具比“手工”技術(shù)會(huì)更簡單得到正