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由機械密封引起的振動。
1.泵自身結構引起振動。離心泵的基本結構包括軸、軸承和安裝在軸上的葉輪,相應的驅動裝置如電機、汽輪機、燃氣輪機等。這些因素中的其中一種或多種因素的結合,都能引起泵軸振動、轉子不平衡、傳動軸異心、軸承缺陷、葉片和軸上其它零件松動等。由振動監測裝置測得的單個振動頻率,可對其類型進行分析。
裝入泵軸的機械密封具有不同的振動頻率,低時可低于泵轉速,高時可達每秒數千次。如果振動頻率正好與機械密封中彈性元件的固有頻率相等,則可能導致摩擦副磨損加速或疲勞損壞。這種損害也有其它的原因。因此,在設計和選型時,應保證可預測的共振頻率不與激勵頻率相吻合,應采取可靠的減振措施,設計出的臨界轉速不能太接近工作轉速;在運行溫度下,應減小安裝誤差,因為這些誤差會導致密封彈性裝置的位移;轉子要保持平衡;垂直安裝軸座,軸承承受的載荷應減小滾動件滑動的可能性,減少。有必要指出:
(1)機械密封的彈性元件(包括單彈簧和多彈簧),彈簧本身可承受大多數振動載荷,輔助密封也具有一定的減振作用,如楔形環、O形圈、膨脹石墨等;
(2)對于彈簧支承質量較小的密封,如石墨密封圈結構,其固有頻率相對較大;
(3)低彈性彈簧支承質量較大的密封,其固有頻率相對較小,且腔內壓力較低時發生諧振的可能性較小,金屬波紋管型密封根據不同的強度設計,其彈性有高有低;
(4)由于不存在滑動式輔助密封,依賴于密封端面上的液膜減振,當然也可設計成滑動式輔助密封,提高其穩定性和剛性;
(5)大多數機械密封的固有頻率遠遠高于正常工作轉速,對于金屬波紋管型機械密封,要特別注意避免其軸向共振,異常振動會加劇波紋管疲勞斷裂。如果泵軸上軸承的軸向游隙調整不好,容易發生這種現象。此外,由于密封環的材質不同,尤其是采用高密碳化鎢材料時,更應注意共振問題。所以,當彈性元件的密封環需要采用硬材料時,條件允許的情況下一般選用密度較低的碳化硅、陶瓷等材料。
2.正常和有干擾情況下產生的振動。
水泵運轉時,轉子和機械密封都會受到液力振動的影響,當流量變化時,葉輪入口處的液體會產生波動,若不能在效率下運行,葉輪入口及擴壓管處的流體壓頭會增大。當流量低于或高于效率點的流量,或輸送介質不能達到泵的氣蝕余量,都可能出現氣蝕現象,則密封激振更為明顯。此外,入口介質的流動也會受到泵內介質自循環的干擾。
轉子系統的振動以及密封上壓力狀態的變化,引起的振動的幅度和頻率都是隨機的。系統設計及選型時,應使泵處于效率狀態,確保泵在負壓下工作穩定,即保證泵有足夠的氣蝕余量,防止機械密封表面的介質腐蝕而產生激振。
3.由于溫度和壓力變化而導致泵的變形振動。
在泵的運轉過程中,溫度變化時,泵的各個部件都會產生熱變形,此時泵相對于傳動裝置就會發生位移,造成機械密封振動。溫度對殼體和轉子的影響程度不同,一般來說,轉子的變化速度比殼體快。在工作溫度波動時,除密封部件錯位引起的振動外,還應承受低頻大振幅的振動。因為機械密封的一面固定在殼體上,另一端固定在轉軸上,因此具有吸收兩種不同振動的能力。
壓強還會使泵體變形,從而干擾機械密封。隨著密封腔內壓力的變化,密封端面所受的載荷也隨之改變,從而產生突變載荷而引起振動。
4.因安裝制造而引起的振動。
密封件的端面粗糙度大,不能保證良好的貼合性,影響密封的穩定性,不僅取決于密封的具體結構,還取決于密封的操作參數。密封條每轉動一周其補償環要做相應的移動,以保證密封端面的貼合性。對諸如O型圈、楔形環等滑動輔助密封,密封面載荷沿圓周方向變化,應盡可能避免不受載荷一側的泄漏,在受力一側產生過度磨損。漏失可使流體的雜粒滲入端面的液膜,加速了密封端面的磨損。
在加工過程中,密封件一般不能用機械的方法進行平衡。不平衡問題是設計中的不平衡因素,如單彈簧都會引起不平衡,尤其是對密封件有粗糙動環或動力傳動有“尾脈沖”現象時,更應注意不平衡問題。
內裝機械密封時,密封所起的沖擊力往往是由泵送介質自循環所引起。為了保證密封,兩個密封端的外側都要通過自循環液體。如果流速太大,則作用在密封環上的沖擊力會使密封端失穩,其結果就是振動。
為了減少振動的影響,可利用由切向進口的自循環流體;還可以改進設計,使自循環流體沿著密封周圍流動;如果可能,可通過密封腔內襯套的配合間隙來控制循環流,或將密封腔內的吸入管與排出管反接反接,使流向改變。立式泵常采用后一種方法,因為它既能解決密封腔上部的排氣問題,又能很好地解決密封問題,但在臥式泵的設計中,由于密封腔逆循環產生的壓力差,使密封效果得到明顯改善。