Каковы распространенные виды вибрационных отказов горизонтальных центробежных насосов?

Горизонтальные центробежные насосы играют решающую роль в промышленном производстве, а вибрация является основным показателем их рабочего состояния и надежности. Аномальная вибрация не только ускоряет износ критически важных компонентов, таких как подшипники, механические уплотнения и муфты, но также может привести к неожиданному простою.

1. Виды механических отказов

Механический отказ является наиболее распространенным и разрушительным источником вибрации центробежных насосов. Его характеристики часто возникают на частотах гармоник скорости ротора (1Х), удвоенной скорости (2Х) или выше.

1.1 Дисбаланс

Дисбаланс вызван неравномерным распределением массы в рабочем колесе, муфте или самом валу насоса.

Причины: дефекты литья, неравномерный износ, асимметричная шпонка или шпоночный паз, коррозия/загрязнение крыльчатки во время длительной эксплуатации.

Характеристики вибрации: Энергия вибрации в основном сосредоточена на частоте скорости 1X, амплитуда обычно велика, а направление вибрации (радиальное) стабильно.

Воздействие: это приводит к возникновению периодических центробежных сил во время вращения вала насоса, которые постоянно воздействуют на подшипники и ускоряют усталостное разрушение подшипников.

1.2 Несоосность

Несоосность означает отклонение осевой линии или угла между приводом (например, двигателем) и валом насоса.

Типы: Параллельное и угловое смещение классифицируются следующим образом.

Характеристики вибрации: Наиболее типичной характеристикой является значительное увеличение энергии вибрации при частоте вращения, в 2 раза превышающей частоту вращения, хотя могут также встречаться частоты 1X и 3X. Радиальное смещение может быть больше при частоте вращения, в 2 раза превышающей частоту вращения, тогда как угловое смещение велико как на частотах 1X, так и на частотах 2X.

Воздействие: это приводит к периодическим изгибам и изменениям напряжений в муфте во время вращения, создавая значительные силы реакции, которые могут серьезно повредить муфту, подшипники и механические уплотнения.

1.3 Неисправности подшипников

Подшипники являются важнейшими компонентами, выдерживающими радиальные и осевые нагрузки. Их выход из строя является одной из основных причин простоя оборудования.

Характеристики вибрации. Неисправности подшипников не проявляются на частотах 1X или 2X, а вместо этого вызывают уникальные высокочастотные вибрации, известные как характеристические частоты подшипников. Эти частоты включают частоты внутреннего кольца (BPFI), внешнего кольца (BPFO), шарика/ролика (BSF) и сепаратора (FTF).

Стадия разработки: неисправности на ранней стадии могут проявляться в виде высокочастотного случайного шума; на средней стадии выявляются отчетливые несущие характеристические частоты и их гармоники; на поздней стадии эти частоты подавляются, проявляясь в виде широкополосных высокочастотных вибраций.

1.4 Неплотность фундамента и структурный резонанс

Ослабление фундамента и резонанс являются «невидимыми убийцами» при вибродиагностике центробежных насосов.

Механическая ослабленность: ослабленные анкерные болты, неровные опорные плиты или чрезмерный зазор между гнездом подшипника и основанием.

Характеристики вибрации: Обычно они проявляются в виде серии гармонических колебаний на частотах скоростей 1Х, 2Х и 3Х, часто с наличием половинных частот (0,5Х) или даже более сложных субгармоник, что является типичным признаком нелинейного механического ослабления.

Структурный резонанс: возникает, когда рабочая частота насоса (1X) приближается к собственной частоте насоса или системы трубопроводов.

Воздействие: приводит к резкому увеличению амплитуды вибрации, причем даже незначительный дисбаланс или несоосность вызывают значительную вибрацию.

2. Виды гидравлических отказов

Гидравлические отказы вызваны изменениями расхода жидкости или давления и тесно связаны с рабочей точкой насоса.

2.1 Кавитация

Кавитация — это явление образования и коллапса пузырьков, вызванное падением давления на стороне всасывания насоса ниже давления насыщенных паров перекачиваемой жидкости.

Характеристики вибрации: генерируется уникальный случайный широкополосный шум, энергия вибрации распространяется в высокочастотном диапазоне и звучит так, будто камни катятся или разбиваются внутри корпуса насоса.

Воздействие: Кавитация вызывает серьезные точечные повреждения материала рабочего колеса, что приводит к резкому падению напора и эффективности.

2.2 Помпа и рециркуляция

Гидравлическая нестабильность может возникнуть, когда центробежный насос работает ниже или выше расчетного расхода (BEP), особенно при низких расходах.

Рециркуляция: при малых расходах жидкость может течь обратно на вход или выход рабочего колеса, вызывая гидравлический удар.

Помпаж: в некоторых центробежных насосах или параллельных системах с несколькими насосами во время работы с низким расходом могут возникать большие периодические колебания давления и расхода.

Характеристики вибрации: обычно проявляется в виде низкочастотной вибрации, обычно ниже 1-кратной скорости вращения, или широкополосного накопления низкочастотной энергии. Эта вибрация оказывает на подшипники циклические ударные нагрузки.

2.3 Частота прохода лезвия (BPF)

BPF — это пульсация давления, вызванная периодическим возмущением жидкости при прохождении лопастей рабочего колеса через спиральный водоотвод или лопатки диффузора.

Расчет: BPF = Скорость × Количество лопастей.

Характеристики вибрации: Энергия вибрации сосредоточена в BPF и его гармониках.

Воздействие: Хотя обычно это нормальное явление при работе, если амплитуда BPF слишком велика, это указывает на то, что зазор (радиальный зазор) между спиральным язычком и внешним диаметром рабочего колеса не рассчитан должным образом или сильно изношен, или существует проблема гидравлического согласования между рабочим колесом и улиткой.