水泵振動原因及預(yù)防

徐 正

（1.中國電建集團(tuán)河北省電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北 石家莊 050031；2.河北省電力勘測設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心，河北 石家莊 050031）

0 引言

水泵是工業(yè)領(lǐng)域的重要設(shè)備，影響供排水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。目前，葉片式水泵的應(yīng)用最為廣泛，葉片式水泵按照工作原理的不同，可分為離心泵、軸流泵、混流泵等[1]。葉片式水泵主要是通過葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為水流的勢能和動能，而機(jī)械轉(zhuǎn)動不可避免地帶來泵組的振動。重視對水泵振動的控制，防止水泵振動超標(biāo)十分重要。造成水泵產(chǎn)生振動的原因主要有電氣、機(jī)械、水力等方面，導(dǎo)致水泵振動產(chǎn)生的責(zé)任主體主要有制造、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等環(huán)節(jié)。

1 制造環(huán)節(jié)

1.1 電機(jī)質(zhì)量及控制

一般而言，電動機(jī)驅(qū)動的水泵，其電機(jī)、水泵分別由不同的制造商生產(chǎn)，而電氣方面的振動應(yīng)由電機(jī)生產(chǎn)商負(fù)責(zé)。

水泵電機(jī)內(nèi)部磁力不平衡和其他電氣系統(tǒng)的失調(diào)，會引起振動。如異步電機(jī)在運(yùn)行中，由定轉(zhuǎn)子齒諧波磁通相互作用而產(chǎn)生的定轉(zhuǎn)子間徑向交變磁拉力；大型同步電機(jī)在運(yùn)行中，定轉(zhuǎn)子磁力中心不一致或各個(gè)方向上氣隙差超過允許偏差值等。這些都可能引起電機(jī)周期性振動并發(fā)出噪聲[2]。

電機(jī)上下機(jī)架不同心、電機(jī)氣隙不對稱、電機(jī)磁力中心偏離等，均可能導(dǎo)致泵組振動[3]。

建設(shè)單位防止電機(jī)質(zhì)量不合格的措施：選擇知名品牌生產(chǎn)商；加強(qiáng)駐廠監(jiān)造；檢查第三方檢測機(jī)構(gòu)出具的質(zhì)量合格證明。

1.2 水泵質(zhì)量及控制

水泵制造不合格是導(dǎo)致水泵振動的主要原因。

1.2.1 水泵筒體剛度不夠

水泵筒體剛度不夠，剛性不足，在外力作用下發(fā)生位移和變形，造成上下筒體同心度改變，泵外筒存在明顯的手感晃動[4]。

1.2.2 轉(zhuǎn)動部件的質(zhì)量不均

水泵是轉(zhuǎn)動機(jī)械，如果泵軸、電機(jī)軸、葉輪等轉(zhuǎn)動部件制造質(zhì)量不合格，存在質(zhì)量不均的問題，均會導(dǎo)致振動。此外，當(dāng)循環(huán)水泵與電機(jī)相連后，也有可能導(dǎo)致整個(gè)軸系出現(xiàn)質(zhì)量不均勻[5]。

1.2.3 軸系彎曲度超標(biāo)

電機(jī)軸或水泵軸彎曲度過大可能導(dǎo)致振動超標(biāo)，特別是立式斜流泵、立式長軸泵，泵軸長度大，更容易造成軸系彎曲，導(dǎo)致振動。

1.2.4 軸系穩(wěn)定性缺陷

當(dāng)泵軸較長時(shí)，一般設(shè)置導(dǎo)軸承限位，若導(dǎo)軸承間距過大，會引發(fā)葉輪擺動嚴(yán)重，引起部件磨損，動靜間隙變大，最終變?yōu)楸皿w振動。

1.2.5 軸承同心度差

當(dāng)水泵泵軸與軸承不同心時(shí)，會引起泵軸與軸承單側(cè)磨損，長期運(yùn)行后，會導(dǎo)致軸承支架斷裂，進(jìn)而引發(fā)振動超標(biāo)[6]。

1.2.6 排氣閥門不合理

立式斜流泵經(jīng)常用在電站的循環(huán)水系統(tǒng)中，該泵設(shè)有雙口排氣閥，可自動排氣。若排氣閥開度調(diào)整不合適，泵內(nèi)大量氣體無法排出，動水壓力的變化壓縮氣囊，在泵體內(nèi)反復(fù)撞擊引發(fā)水泵振動[7]。

1.2.7 水泵汽蝕余量過大

一般而言，汽蝕余量越小越好，這樣可以降低發(fā)生汽蝕的概率。但是，汽蝕余量是通過汽蝕試驗(yàn)得出的，當(dāng)制造商在設(shè)備投標(biāo)時(shí)為了爭取較高的技術(shù)指標(biāo)，存在造假的嫌疑，這樣就會對工程質(zhì)量造成隱患。當(dāng)發(fā)生汽蝕時(shí)，氣泡突然破滅，形成很大的沖擊力，引起水泵振動[8]。

1.2.8 質(zhì)量控制措施

甲方應(yīng)選擇知名水泵廠家，同時(shí)應(yīng)選擇具有同型號業(yè)績的廠家；監(jiān)造時(shí)關(guān)注出廠質(zhì)檢環(huán)節(jié)；設(shè)備采購時(shí)，注意與其他廠家進(jìn)行技術(shù)差異對比，如泵體重量、泵體材質(zhì)、特性曲線、產(chǎn)品樣本等。

2 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

2.1 水泵管路及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

對于大型水泵而言，由于水量大、各個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸大，管路、閥門、水流流態(tài)等對系統(tǒng)的影響較大，其設(shè)計(jì)與小型水泵的差異較大，若設(shè)計(jì)單位經(jīng)驗(yàn)不足或考慮不周，容易造成設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致水泵振動。

2.1.1 流道水流均勻性差

對于立式斜流泵而言，當(dāng)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)的水泵底部吸水池的設(shè)計(jì)與水泵廠家要求的尺寸不一致時(shí)，進(jìn)水的水流不均勻，水流在吸水口周圍形成吸氣漏斗渦，空氣被吸入泵體后形成氣囊，迅速爆裂后引起水泵振動。同時(shí)，流道不均勻，導(dǎo)致吸水喇叭口進(jìn)水的均勻性差，旋渦影響加強(qiáng)，引起泵體內(nèi)動水壓力變化，空腔氣囊受壓縮膨脹，引起水泵振動[9]。

火電廠循環(huán)水系統(tǒng)的水量非常大，流道的設(shè)計(jì)應(yīng)遵守《火力發(fā)電廠循環(huán)水泵房進(jìn)水流道設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T 5489—2014中的相關(guān)規(guī)定，保證流道內(nèi)水流均勻穩(wěn)定，控制流速，防止渦流。

2.1.2 水泵出口未設(shè)置傳力接頭

對于液下安裝的立式斜流泵，管道穿墻處應(yīng)設(shè)置防水套管、傳力接頭等附件，防止管道應(yīng)力傳導(dǎo)至泵體。當(dāng)設(shè)計(jì)疏忽，未設(shè)置套管以及伸縮節(jié)時(shí)，水泵振動風(fēng)險(xiǎn)加大[10]。

2.1.3 水泵出口管路閥門未設(shè)置底座

對于大型水泵，水泵出水口需要設(shè)置止回閥、手動蝶閥、電動蝶閥，而這些閥門的質(zhì)量較大，若設(shè)計(jì)時(shí)仍按照小型水泵的設(shè)計(jì)思路，閥門底部不設(shè)置支撐，在出口管段上長期承擔(dān)閥門的重力，必然導(dǎo)致管道應(yīng)力傳遞至水泵，成為水泵振動的誘因[11]。

2.1.4 軸承潤滑水選擇不合理

大型水泵多選擇賽龍軸承，賽龍材料是由三次元交叉結(jié)晶熱凝樹脂制造而成的均質(zhì)聚合物，其性能超越傳統(tǒng)的軸承材料，材料具有穩(wěn)定的化學(xué)特性，不存在老化問題。但是，水中含沙量較大，而軸承的潤滑水又由水泵出水提供，將會導(dǎo)致軸套與軸承磨損過快，間隙變大，振動超標(biāo)[12]。

2.1.5 水泵基礎(chǔ)剛度不足

水泵基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)根據(jù)水泵廠提供的動荷載、靜荷載等作為輸入?yún)?shù)，若不考慮水泵葉輪高速旋轉(zhuǎn)引起的荷載變化，水泵基礎(chǔ)荷載剛度不足會引發(fā)水泵振動加劇。

2.2 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制

選擇具有與工程相同業(yè)績的、經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)單位；重視設(shè)計(jì)圖紙與規(guī)程、規(guī)范吻合度的審查；主要設(shè)計(jì)人員應(yīng)具有注冊設(shè)備工程師執(zhí)業(yè)資質(zhì)；注意與類似工程的對比。

3 施工環(huán)節(jié)

3.1 水泵基礎(chǔ)土建施工及水泵管路安裝

3.1.1 水泵基礎(chǔ)不合格

水泵基礎(chǔ)的施工會影響水泵的振動，若二次灌漿情況不好，分層部位內(nèi)部清理不干凈，灌漿孔內(nèi)殘留很大空間，會導(dǎo)致地腳螺栓固定不牢固，進(jìn)而影響基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，引發(fā)水泵振動。

3.1.2 基礎(chǔ)墊鐵施工不合格

韓立爭[13]的觀點(diǎn)是某工程由于未按照設(shè)計(jì)圖紙中的32對墊鐵要求進(jìn)行設(shè)置安裝，而是僅設(shè)置了8對墊鐵，少了24對墊鐵，使水泵底板不平，水泵運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致振動超標(biāo)。

3.1.3 水泵出口管路安裝偏差

在水泵出口管路水平直管段，泵房內(nèi)管道安裝與室外管道安裝常常為不同的施工單位，施工順序安排不當(dāng)，施工時(shí)不嚴(yán)格按照圖紙施工，管道基礎(chǔ)壓實(shí)不足，會導(dǎo)致管道基礎(chǔ)的不均勻沉降，導(dǎo)致管道產(chǎn)生應(yīng)力，若泵房內(nèi)消除應(yīng)力的措施不完善，則會導(dǎo)致水泵振動超標(biāo)。

3.1.4 水泵整體安裝偏差

聯(lián)軸器與電機(jī)軸的對應(yīng)部分安裝中，其擺度值稍有偏差，就會造成泵體的振動。泵體的安裝不到位，也會造成振動的出現(xiàn)，這主要是由于轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡運(yùn)動，使泵體中的軸線不對中，或是相關(guān)部件的安裝精度差，也會導(dǎo)致泵體的安裝不達(dá)標(biāo)[14]。

3.1.5 泵房基礎(chǔ)沉降不均勻

華潤電力（常熟）有限公司由于水泵基礎(chǔ)不均勻沉降，泵轉(zhuǎn)子的同心度和泵臺板的水平度無法達(dá)到設(shè)計(jì)值，使轉(zhuǎn)子部件傾斜運(yùn)行，泵軸的中間支架受力不均，出現(xiàn)中間支架與筒體間隙變大的現(xiàn)象，使軸承、軸套、葉輪磨損也跟著變大，進(jìn)而引起泵振動變大[15]。

3.2 施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制

選擇經(jīng)驗(yàn)豐富的施工單位；重視施工監(jiān)理，保證按設(shè)計(jì)施工；切勿盲目趕工期而忽視施工質(zhì)量。

4 運(yùn)行環(huán)節(jié)

4.1 水泵運(yùn)行調(diào)度不合理

在火電廠循環(huán)水系統(tǒng)中常常采用大型的立式斜流泵，帶自然通風(fēng)冷卻塔的二次循環(huán)冷卻系統(tǒng)，冷卻塔內(nèi)外圍配水，在冬季時(shí)，為防止冷卻塔結(jié)冰，需要運(yùn)行1臺循環(huán)水泵（夏季時(shí)為2臺）。若運(yùn)行人員經(jīng)驗(yàn)不足，運(yùn)行2臺循環(huán)水泵，冷卻塔僅外圍配水，水泵運(yùn)行工況點(diǎn)嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，水泵效率大大降低，可能導(dǎo)致電機(jī)出力不足，使電機(jī)超電流、超負(fù)荷運(yùn)行，引起水泵振動[16]。

4.2 濾網(wǎng)堵塞未及時(shí)清理

當(dāng)水中的雜質(zhì)較多時(shí)，堵塞濾網(wǎng)，導(dǎo)致濾網(wǎng)水頭損失增加，水泵吸水池水位過低，引發(fā)水泵汽蝕，葉輪、軸承等部件損壞，引起水泵振動[17]。

4.3 流道內(nèi)淤積淤泥

當(dāng)流道底部污泥淤積、變硬后會引起水流渦旋，影響水泵進(jìn)水流態(tài)，進(jìn)而引起振動[18]。

5 結(jié)論

a）在工程的設(shè)計(jì)、采購、施工、運(yùn)行各階段，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。

b）加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)造，設(shè)備出廠前提供第三方質(zhì)檢報(bào)告。

c）發(fā)生水泵振動超標(biāo)情況，可采取逐項(xiàng)排除的辦法查找原因。

d）運(yùn)行人員應(yīng)留意運(yùn)行參數(shù)的異常變動，及時(shí)處理。