水泵振動原因及預防

徐 正

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

0 引言

水泵是工業(yè)領(lǐng)域的重要設備，影響供排水系統(tǒng)的安全運行。目前，葉片式水泵的應用最為廣泛，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，防止水泵振動超標十分重要。造成水泵產(chǎn)生振動的原因主要有電氣、機械、水力等方面，導致水泵振動產(chǎn)生的責任主體主要有制造、設計、施工、運行等環(huán)節(jié)。

1 制造環(huán)節(jié)

1.1 電機質(zhì)量及控制

一般而言，電動機驅(qū)動的水泵，其電機、水泵分別由不同的制造商生產(chǎn)，而電氣方面的振動應由電機生產(chǎn)商負責。

水泵電機內(nèi)部磁力不平衡和其他電氣系統(tǒng)的失調(diào)，會引起振動。如異步電機在運行中，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；大型同步電機在運行中，定轉(zhuǎn)子磁力中心不一致或各個方向上氣隙差超過允許偏差值等。這些都可能引起電機周期性振動并發(fā)出噪聲[2]。

電機上下機架不同心、電機氣隙不對稱、電機磁力中心偏離等，均可能導致泵組振動[3]。

建設單位防止電機質(zhì)量不合格的措施：選擇知名品牌生產(chǎn)商；加強駐廠監(jiān)造；檢查第三方檢測機構(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)動機械，如果泵軸、電機軸、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，均會導致振動。此外，當循環(huán)水泵與電機相連后，也有可能導致整個軸系出現(xiàn)質(zhì)量不均勻[5]。

1.2.3 軸系彎曲度超標

電機軸或水泵軸彎曲度過大可能導致振動超標，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，導致振動。

1.2.4 軸系穩(wěn)定性缺陷

當泵軸較長時，一般設置導軸承限位，若導軸承間距過大，會引發(fā)葉輪擺動嚴重，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

當水泵泵軸與軸承不同心時，會引起泵軸與軸承單側(cè)磨損，長期運行后，會導致軸承支架斷裂，進而引發(fā)振動超標[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得出的，當制造商在設備投標時為了爭取較高的技術(shù)指標，存在造假的嫌疑，這樣就會對工程質(zhì)量造成隱患。當發(fā)生汽蝕時，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

甲方應選擇知名水泵廠家，同時應選擇具有同型號業(yè)績的廠家；監(jiān)造時關(guān)注出廠質(zhì)檢環(huán)節(jié)；設備采購時，注意與其他廠家進行技術(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 設計環(huán)節(jié)

2.1 水泵管路及基礎設計

對于大型水泵而言，由于水量大、各個結(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，其設計與小型水泵的差異較大，若設計單位經(jīng)驗不足或考慮不周，容易造成設計缺陷，導致水泵振動。

2.1.1 流道水流均勻性差

對于立式斜流泵而言，當設計單位設計的水泵底部吸水池的設計與水泵廠家要求的尺寸不一致時，進水的水流不均勻，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，流道不均勻，導致吸水喇叭口進水的均勻性差，旋渦影響加強，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，流道的設計應遵守《火力發(fā)電廠循環(huán)水泵房進水流道設計規(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 水泵出口未設置傳力接頭

對于液下安裝的立式斜流泵，管道穿墻處應設置防水套管、傳力接頭等附件，防止管道應力傳導至泵體。當設計疏忽，未設置套管以及伸縮節(jié)時，水泵振動風險加大[10]。

2.1.3 水泵出口管路閥門未設置底座

對于大型水泵，水泵出水口需要設置止回閥、手動蝶閥、電動蝶閥，而這些閥門的質(zhì)量較大，若設計時仍按照小型水泵的設計思路，閥門底部不設置支撐，在出口管段上長期承擔閥門的重力，必然導致管道應力傳遞至水泵，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，將會導致軸套與軸承磨損過快，間隙變大，振動超標[12]。

2.1.5 水泵基礎剛度不足

水泵基礎的設計根據(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，水泵基礎荷載剛度不足會引發(fā)水泵振動加劇。

2.2 設計環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制

選擇具有與工程相同業(yè)績的、經(jīng)驗豐富的設計單位；重視設計圖紙與規(guī)程、規(guī)范吻合度的審查；主要設計人員應具有注冊設備工程師執(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 水泵基礎土建施工及水泵管路安裝

3.1.1 水泵基礎不合格

水泵基礎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，會導致地腳螺栓固定不牢固，進而影響基礎的穩(wěn)定性，引發(fā)水泵振動。

3.1.2 基礎墊鐵施工不合格

韓立爭[13]的觀點是某工程由于未按照設計圖紙中的32對墊鐵要求進行設置安裝，而是僅設置了8對墊鐵，少了24對墊鐵，使水泵底板不平，水泵運行不穩(wěn)定，導致振動超標。

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，施工時不嚴格按照圖紙施工，管道基礎壓實不足，會導致管道基礎的不均勻沉降，導致管道產(chǎn)生應力，若泵房內(nèi)消除應力的措施不完善，則會導致水泵振動超標。

3.1.4 水泵整體安裝偏差

聯(lián)軸器與電機軸的對應部分安裝中，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，也會導致泵體的安裝不達標[14]。

3.1.5 泵房基礎沉降不均勻

華潤電力（常熟）有限公司由于水泵基礎不均勻沉降，泵轉(zhuǎn)子的同心度和泵臺板的水平度無法達到設計值，使轉(zhuǎn)子部件傾斜運行，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)驗豐富的施工單位；重視施工監(jiān)理，保證按設計施工；切勿盲目趕工期而忽視施工質(zhì)量。

4 運行環(huán)節(jié)

4.1 水泵運行調(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，為防止冷卻塔結(jié)冰，需要運行1臺循環(huán)水泵（夏季時為2臺）。若運行人員經(jīng)驗不足，運行2臺循環(huán)水泵，冷卻塔僅外圍配水，水泵運行工況點嚴重偏離設計工況點，水泵效率大大降低，可能導致電機出力不足，使電機超電流、超負荷運行，引起水泵振動[16]。

4.2 濾網(wǎng)堵塞未及時清理

當水中的雜質(zhì)較多時，堵塞濾網(wǎng)，導致濾網(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

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

5 結(jié)論

a）在工程的設計、采購、施工、運行各階段，嚴把質(zhì)量關(guān)。

b）加強設備監(jiān)造，設備出廠前提供第三方質(zhì)檢報告。

c）發(fā)生水泵振動超標情況，可采取逐項排除的辦法查找原因。

d）運行人員應留意運行參數(shù)的異常變動，及時處理。