基于顆粒阻尼的立式屏蔽泵底座減振技術(shù)研究

文宏剛，丁強(qiáng)民，劉海山，劉廣兵，董文平

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

屏蔽泵屬于離心式無密封泵，因具有絕對(duì)無泄漏、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于核電、石油、化工、制冷、制藥以及國防軍工等重要領(lǐng)域，用于輸送貴重、易燃、易爆、高溫高壓、腐蝕性、放射性的介質(zhì)，因此，保證屏蔽泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)十分重要。立式屏蔽泵振動(dòng)過大不僅會(huì)降低效率和使用壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成環(huán)境污染和威脅人身安全。

顆粒阻尼技術(shù)利用在振動(dòng)體中有限封閉空間內(nèi)填充的微小顆粒間摩擦與沖擊作用消耗系統(tǒng)振動(dòng)能量。該技術(shù)具有耐久性好、可靠度高、對(duì)溫度變化不敏感，易用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種工程結(jié)構(gòu)中。

長期以來，屏蔽泵的研究關(guān)注點(diǎn)僅是流量、揚(yáng)程、軸功率等性能參數(shù)，對(duì)屏蔽泵的振動(dòng)未給予足夠重視。因此，本文將以某型立式屏蔽泵為研究對(duì)象，對(duì)其底座結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證剛度和強(qiáng)度性能的前提下，應(yīng)用顆粒阻尼技術(shù)，降低泵組振動(dòng)，為同類型屏蔽泵的減振和應(yīng)用提供參考。

1 振動(dòng)特性分析

本文研究對(duì)象為某型立式屏蔽泵，用于輸送NaOH 溶液，主要參數(shù)為：流量4.0m3/h，揚(yáng)程35m，轉(zhuǎn)速2920r/min，電機(jī)功率2.2kW，機(jī)腳振動(dòng)典型1/3 倍頻程譜如圖1 所示。

從倍頻譜可以看出，頻帶較寬，在軸頻倍頻處存在幅值峰值，在葉頻分頻處存在較小的幅值峰值，說明存在轉(zhuǎn)子不平衡。低頻振動(dòng)幅值較小，高頻振動(dòng)（1 ～10kHZ）幅值較大，振動(dòng)能量主要集中在高頻，說明引起該泵振動(dòng)的主要激勵(lì)力是可能泵內(nèi)流體激勵(lì)力。另外，在頻譜圖上還存在著一些與軸頻無明顯關(guān)系的波峰，這些可能是其他因素造成的，如基座結(jié)構(gòu)剛度不足、安裝間隙不合理、旋轉(zhuǎn)部件制造質(zhì)量不高等。

2 改進(jìn)措施

立式屏蔽泵底座由上環(huán)、加強(qiáng)筋、底環(huán)三部分組成，材料為0Cr18Ni9?？紤]在不影響底座強(qiáng)度和剛度性能的前提下，能夠填充顆粒阻尼，因此依據(jù)離心泵設(shè)計(jì)理論和工程經(jīng)驗(yàn)，提出了以下方案，見圖2。與原方案相比，改進(jìn)方案將上環(huán)和底環(huán)加厚，將支撐筋涉及為5 根，同時(shí)將筋設(shè)計(jì)為空心圓柱結(jié)構(gòu)，方便填充顆粒阻尼。

圖1 立式屏蔽泵機(jī)腳振動(dòng)典型1/3 倍頻程譜

圖2 兩種底座改進(jìn)方案

3 顆粒阻尼技術(shù)的應(yīng)用

圖3 六種顆粒阻尼

本項(xiàng)目選用了六種阻尼材料，如圖3 所示，A 為1.2mm陶瓷球，B 為1.85mm 陶瓷球，C 為3.0mm 陶瓷球，D 為60 目石榴石砂，E 為80 目石榴石顆粒，F(xiàn) 為3mm 鋼丸。選用改進(jìn)方案底座，裝入以上各種顆粒，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表1。

從表1 可以看出，試驗(yàn)結(jié)果表明，顆粒阻尼可以有效地降低泵組振動(dòng)，其中顆粒F 減振效果最明顯，可降低2dB，最終機(jī)腳振級(jí)為111.8dB。

表1 六種顆粒阻尼減振效果

4 結(jié)語

粒阻尼可以有效地降低泵組振動(dòng)，其中選用3mm 鋼丸減振效果最好，可以降低2dB，最終機(jī)腳振級(jí)為111.8dB。

綜上所述，將原方案底座的上環(huán)和底環(huán)加厚，將支撐筋數(shù)量設(shè)計(jì)為5 根，并將筋設(shè)計(jì)為空心圓柱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部填充顆