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引起离心泵机械密封振动的原因

2019-09-05 15:54所属:糖果派对


  

  离心泵是由轴、轴承及安装在轴上的叶轮,驱动装置(如电机、汽轮机、燃气轮机驱动等)构成的。泵轴振动、转子不平衡、驱动轴不同心、轴承缺陷、叶片及轴上其他部件松动等,都有可能引起振动。使用振动监测装置可以测得单个振动频率,用于分析这些振源类型。

  装在泵轴上的机械密封有不同的振动频率,低时可在泵转速以下,高时可达每秒数千次。如果振动频率刚好与机械密封中的弹性元件固有频率相同,就可造成摩擦副磨损加快或疲劳损伤。当然,这种损伤还有其他因素。所以在设计或选型时,必须可预测的共振频率不要与激励频率重合,应采取可靠减振措施,设计的临界转速不能与工作转速相距太近;在操作温度下,将安装误差减至最小,因为这些误差会导致密封弹性装置的位移;转子要充分平衡;垂直安装轴上的轴承,其承受的载荷应使滚动件打滑的可能性减至最小。

  (1)机械密封的弹性元件(包括单弹簧和多弹簧),弹簧本身可承受大部分振动载荷,辅助密封也有一定减振效果,如楔形环、O形圈、膨胀石墨等;

  (3)支承在低弹性弹簧上的质量较大的密封,其固有频率相对较小,且腔体内压力较低情况下出现共振可能性较小,金属波纹管型密封根据不同的强度设计,其弹性有高有低;

  (4)由于没有滑动的辅助密封,所以依靠密封端面上的液膜或液体减振,当然也可以设计带滑动的辅助密封,提高它的稳定性和刚性;

  (5)大多数机械密封的固有频率都远高于正常的操作转速,对于金属波纹管型机械密封,要特别注意避免轴向共振,异常振动会加剧波纹管疲劳断裂。如泵轴上轴承的轴向游隙调整不当就容易出现这现象。

  另外根据密封环材料的不同,特别是当采用碳化钨类高密度材料时,更应注意共振问题。因此,当支承在弹性元件的密封环需要采用硬质材料时,条件允许情况下一般都选用密度相对较低的碳化硅、陶瓷等材料。

  泵运行时,其转子及机械密封会受到液力振动影响,当流量发生变化时,叶轮入口处液体会产生波动,若不是在最佳效率下运行,叶轮入口及扩压管处的流体压头会增大。低于或高于最佳效率点的流量时,或输送介质无法达到泵的气蚀余量时,都可能产生气蚀现象,则密封激振就更明显。另外,入口处介质的流动还会受到泵内介质自循环的干扰。

  转子系统的振动及作用在密封上压力状况的变化,所引起的振动的振幅和频率是随机的。在设计系统和选择泵时,应使其在最佳效率状态下运行,泵在负压情况下工作稳定,即泵有足够气蚀余量,防止介质在机械密封的表面气蚀产生激振。

  泵运行过程中,温度发生变化时,泵的各部件会产生热变形,这时泵相对于驱动装置会发生偏移,引起机械密封振动。此外,温度对壳体和转子的影响程度不一样,一般情况下,转子要比壳体变化迅速。当运行温度波动时,密封除了要承受部件错位产生的振动外,还要承受低频率大振幅的振动。由于机械密封的一侧固定在壳体上,而另一端固定在转轴上,所以必须有吸收这两种不同振动的能力。

  压力也能使泵体变形,从而多机械密封产生干扰。当密封腔内压力发生变化时,作用在密封端面上的载荷也会随之发生变化,从而产生突变载荷引起振动。

  密封端面粗糙度过大,不能很好的贴合性,密封的稳定性就会受到影响,影响程度不仅取决于密封的具体结构,而且取决于密封运行参数。密封每旋转一周其补偿环都要作相应的运行,从而密封端面的贴合性。对于滑动辅助密封件,如O形圈或楔形环,密封面上的载荷沿圆周变化,应尽量防止不受载荷的一侧发生泄漏,受载荷的一侧出现过度磨损的现象。泄漏会使流体的杂粒渗到端面液膜中,从而加速密封端面磨损。

  密封件在加工过程中,一般不能用机械方法加以平衡。在设计中要尽量减少不平衡因素,如单弹簧就会造成不平衡,特别是在制造粗糙的动环或向密封件传递的动力具有“尾随脉冲”情况时,更应注意不平衡问题。

  在采用内装式机械密封时,作用在密封上的冲击力常常是由泵送介质的自循环造成的。为确保密封性能,自循环液体应从两密封端的外侧通过。若流量过大,则作用在密封环上的冲击力可能会使密封端错位,其后果自然是振动。

  为减轻振动的影响,可以使自循环流体,由切向入口;如有可能,循环流量可以通过密封腔内衬套的配合间隙加以控制,或者将密封腔内的吸入管和排出管反接,使流向改变而形成逆循环。后一种方法常在立式泵中采用,因为它同时解决了密封腔上部的排气问题;但是,这常被人们所忽视,甚至在卧式泵的设计中,密封腔内由于逆循环产生的压差而会显著改善密封效果。

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