水泵振动噪声治理及其原因分析
　　如果一台水泵产生不正常的振动,这种振动将直接影响水泵的安全运行,振动严重时会使某些部件变形,甚至有断裂的危险。同时由于振动,水泵旋转部件的螺栓会逐渐松动,有时会甩出来打伤岗位人员。水泵振动还会产生噪声,严重时吵得岗位人员心情烦噪、疲劳、反应迟钝,容易发生事故。长期在这种环境中工作,还会造成岗位人员听力下降,影响健康。另外,由于水泵振动,还会使水泵效率降低、扬程和流量下降。随着水泵向大型化、高速化的方向发展,其零件刚度相对降低,因而水泵的振动问题日益突出。

1 水泵振动的原因
     引起水泵振动的原因很多,也很复杂,大致可分为三种情况:

1.1 机械原因引起的振动
1.1.1 水泵叶轮或电动机转子质量分布不均
　　水泵叶轮或电动机转子质量分布不均,叶轮叶片的厚薄不匀,或者叶轮前后板有局部地方厚薄不一致,这种叶轮旋转起来就会对整个泵体产生周期性激振力,使泵体产生强迫振动。此外,这种叶轮旋转起来会前后晃动,使水泵轴承受到侧向力,加速了轴承的磨损。
1.1.2 水泵轴与电机轴不在一条直线上
　　如果水泵轴与电机轴不同心,接合面不平行度达不到要求(机械加工精度差或安装不合要求),就会使联轴器间隙随轴旋转而忽大忽小,因而发生和质量不平衡一样的周期性强迫振动,其频率和转速成倍数关系,振幅随泵轴与电动机偏心距大小而定。
1.1.3 联轴器螺栓间距不良
　　联轴器螺栓间距精度误差造成只有一部分螺栓传递扭矩,这部分螺栓受力大,因而产生不平衡的力作用在轴上,与上述两种情况一样产生周期性强迫振动,其频率与转速成倍数关系。若法兰形联轴器橡皮圈配合不均匀,也会产生性质完全相同的振动。
1.1.4 轴的临界转速
当泵轴转速逐渐增加并接近泵转子的固有振动频率时,泵就会猛烈地振动起来,转速高于或低于这一转速时,泵就能平稳地工作,通常把泵发生共振时的转速,称为临界转速nc。泵的临界转速有好几个,这些转速由低到高分为******临界转速nc1、第二临界转速nc2等等。泵的工作转速不能与临界转速相重合、相接近或成倍数,否则将发生共振而使泵遭到破坏。泵的工作转速低于******临界转速的轴为刚性轴,高于******临界转速的轴为柔性轴。过去许多泵采用刚性轴,现在随着泵的尺寸的增加或采用多级泵,泵的工作转速经常高于******临界转速nc1,一般柔性轴工作转速必须满足1.3nc1<N<0.7NC2的关系。< p>
1.1.5 由摩擦引起的振动
　　由于某种原因泵轴弯曲时,转动部分与衬套或轴瓦接触,接触点的摩擦力对轴有阻碍作用,作用方向与轴旋转方向相反,有时使轴偏转而产生振动。
1.1.6 水泵基础松动或地脚螺栓松动
　　如果水泵基础混凝土底座打得不够结实,水泵或电动机地脚螺栓安装不牢固,则当水泵的固有频率与某些不平衡力或电磁力等激振力频率相重合时,就有 可能产生共振。

1.2 水力原因引起的振动
1.2.1 脉动压力引起的振动
　　在水泵叶轮进、出口边壁上装上压力传感器,见图1所示,可以测量出在水流中存在着脉动压力,见图2。在额定电流时,脉动压力较小,偏离额定电流时,脉动压力加大。尤其在水泵小流量时,脉动压力振幅特别大,大约占当时水泵扬程的30%左右。
　　靠近叶轮部分或在叶轮进、出口边壁上的脉动压力就象许多小铁锤以一定的频率敲打水泵,一旦脉动压力频率与水泵装置的某些部件(包括进、出水管)的固有频率相接近或重合时,就会引起共振。
1.2.2 漩涡及脱流引起的振动
　　当水泵在偏离******频率区运行时,水流绕流叶片,在叶片的正面和背面产生漩涡和脱流,使水泵产生振动。
1.2.3 汽蚀引起振动
　　当水泵安装高程过高,水在叶轮进口部分的低压区发生汽化形成气泡,进入叶轮高压区后,气泡突然破灭,形成很大的冲击力,引起水泵振动,同时发出噪声。
1.2.4 喘振现象引起振动
　　当扬程曲线有驼峰,水泵在小流量区运行,同时在排出管路中有水槽或在有空气积存处的后面(下游侧)时,就有发生喘振的危险。一般来讲,高压泵尤其是锅炉给水泵,由于抽送热水,管路系统中容易形成气体,因而容易发生喘振。喘振频率较低,若此频率与输水管路固有频率重合,则将引起管路的共振。
1.2.5 吸水池的涡流引起振动
　　 泵的进水管垂直地淹没在吸水池内,由于水面以下部分的流动,在吸水池内出现漩涡,这种漩涡称为卡门涡,卡门涡的振动频率为:
f=Kv/D。
式中:K--系数,对于圆管K=0.202;
v--流速,m/s;
D--淹没于水下的管径,m。
1.2.6 水流撞击隔舌或导叶前缘引起振动
　　 当叶轮出口距离泵蜗壳隔舌或导叶前缘太近时,每当叶轮叶片通过蜗壳隔舌部分或者导叶前缘附近时,就会产生压力脉动,因而引起振动,同时发出噪声,其振动的频率为叶轮叶片数乘以转速或其倍数。
1.3 电磁力引起的振动
1.3.1 磁场不平衡引起振动
　　在水泵运行中,当电动机突然一相不平衡时,定子受到变化的电磁力的作用而振动。此时电动机还会继续转动,其它两相电流增大,电动机发出嗡嗡声,其振动频率为转速乘以极数,如果这种振动与定子机架固有频率相同,则会产生强烈的振动。另外由于电源电压不稳,转子在定子内偏心和气隙不均匀时都会发生由于磁场不平衡而引起的振动。
1.3.2 鼠笼式电动机转子笼条断裂引起振动
　　在鼠笼式电动机转子的笼条或端环断裂时,如果断裂的条数超过整个条数的1/7,电动机会发出嗡嗡声,机身会剧烈振动。此时若加上负荷,电动机转速会降低,转子发热,断裂处可能产生火花,电动机已不能安全运行,甚至会突然停下来。
1.3.3 电动机铁芯硅钢片过松而引起振动
电动机铁芯硅钢片叠合过松会引起电动机振动,同时产生噪声。

2 预防水泵振动的措施
　　要防止水泵振动,应从机械、水力及电气三方面入手。

2.1 机械方面
(1)应认真地检查水泵与电动机制造的质量。水泵叶轮及电动机转子都要作静平衡试验,其静平衡度应在允许偏差内。水泵叶轮的静平衡允许偏差值近似地为叶轮外径乘以0.025g/mm,如果叶轮直径为200mm,允许偏差值为5g左右。
(2)水泵和电动机的轴承质量要好,不能有磨损,同时要有良好的润滑,并保证安装质量。
(3)泵轴和电动机要保证同心。联轴器间的间隙值可随使用的联轴器的尺寸和型式而变化,但此间隙必须均匀,可允许电动机轴能自由地在轴承间隙的极限范围内作轴向移动。
(4)要保证水泵轴和电动机轴的平直及制造质量。
(5)水泵安装时,应将水泵的基础混凝土打好,并固定牢固地脚螺栓。

2.2 水力方面
(1)根据泵站所需要的流量及扬程选用水泵,使水泵经常在额定工况下运行,尽量使泵不在远离设计点的工况下运行,特别是不在小流量区内工作。
(2)要仔细地设计和制造水泵叶轮,使叶轮内尽量少发生汽蚀和脱流。
(3)要将水泵的安装高程适当放低一些,这样有利于避免汽蚀和发生振动。
(4)水泵叶轮出口与蜗壳隔舌或导叶前缘距离不能太近,当然距离也不能太大。试验表明,隔舌进口边缘距叶轮中心的距离与叶轮外圆半径之比约在1.1左右时脉动压力***小。有时为了减小这个地方的脉动压力,把叶轮叶片出口边作成倾斜的,使从叶轮流出来的水流在到达隔舌之前有更大的缓冲空间,一般把叶片出口边缘倾角做成20o左右。
(5)吸水管路直径应比泵入口直径大一个尺寸等级,这样使得水流在泵入口处有一定的收缩,使流速分布比较均匀,同时还应当在泵入口前有一段直管,直管长度不小于管路直径的10倍。
(6)应保证在吸水管或压水管中没有空气积存处。吸水管的任何部分都不能高过水泵的进口,吸水管的横管应该水平或稍向吸水池侧倾斜。
(7)双吸离心泵叶轮叶片应交错布置,双吸离心泵叶轮叶片布置见图3。试验表明,这样可以减小叶轮出口的脉动压力。
图3 双吸离心泵叶轮叶片交错布置

2.3 电气方面
(1)从使用条件出发,合理地选用电动机的功率、转速和型式。使电动机能安全、可靠、经济地运行。
(2)要保证电动机制造及安装质量。
(3)在电动机运转中,要注意监视电动机的温升以及电流和电压的变化,注意电动机的音响、气味及振动情况,还应注意电动机轴承工作情况及润滑情况等。