水泵振动原因及预防

2019-02-12徐正

山西电力 2019年5期

徐正

（1.中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司，河北石家庄 050031；2.河北省电力勘测设计工程技术研究中心，河北石家庄 050031）

0 引言

水泵是工业领域的重要设备，影响供排水系统的安全运行。目前，叶片式水泵的应用最为广泛，叶片式水泵按照工作原理的不同，可分为离心泵、轴流泵、混流泵等[1]。叶片式水泵主要是通过叶轮的高速旋转，将电能转化为水流的势能和动能，而机械转动不可避免地带来泵组的振动。重视对水泵振动的控制，防止水泵振动超标十分重要。造成水泵产生振动的原因主要有电气、机械、水力等方面，导致水泵振动产生的责任主体主要有制造、设计、施工、运行等环节。

1 制造环节

1.1 电机质量及控制

一般而言，电动机驱动的水泵，其电机、水泵分别由不同的制造商生产，而电气方面的振动应由电机生产商负责。

水泵电机内部磁力不平衡和其他电气系统的失调，会引起振动。如异步电机在运行中，由定转子齿谐波磁通相互作用而产生的定转子间径向交变磁拉力；大型同步电机在运行中，定转子磁力中心不一致或各个方向上气隙差超过允许偏差值等。这些都可能引起电机周期性振动并发出噪声[2]。

电机上下机架不同心、电机气隙不对称、电机磁力中心偏离等，均可能导致泵组振动[3]。

建设单位防止电机质量不合格的措施：选择知名品牌生产商；加强驻厂监造；检查第三方检测机构出具的质量合格证明。

1.2 水泵质量及控制

水泵制造不合格是导致水泵振动的主要原因。

1.2.1 水泵筒体刚度不够

水泵筒体刚度不够，刚性不足，在外力作用下发生位移和变形，造成上下筒体同心度改变，泵外筒存在明显的手感晃动[4]。

1.2.2 转动部件的质量不均

水泵是转动机械，如果泵轴、电机轴、叶轮等转动部件制造质量不合格，存在质量不均的问题，均会导致振动。此外，当循环水泵与电机相连后，也有可能导致整个轴系出现质量不均匀[5]。

1.2.3 轴系弯曲度超标

电机轴或水泵轴弯曲度过大可能导致振动超标，特别是立式斜流泵、立式长轴泵，泵轴长度大，更容易造成轴系弯曲，导致振动。

1.2.4 轴系稳定性缺陷

当泵轴较长时，一般设置导轴承限位，若导轴承间距过大，会引发叶轮摆动严重，引起部件磨损，动静间隙变大，最终变为泵体振动。

1.2.5 轴承同心度差

当水泵泵轴与轴承不同心时，会引起泵轴与轴承单侧磨损，长期运行后，会导致轴承支架断裂，进而引发振动超标[6]。

1.2.6 排气阀门不合理

立式斜流泵经常用在电站的循环水系统中，该泵设有双口排气阀，可自动排气。若排气阀开度调整不合适，泵内大量气体无法排出，动水压力的变化压缩气囊，在泵体内反复撞击引发水泵振动[7]。

1.2.7 水泵汽蚀余量过大

一般而言，汽蚀余量越小越好，这样可以降低发生汽蚀的概率。但是，汽蚀余量是通过汽蚀试验得出的，当制造商在设备投标时为了争取较高的技术指标，存在造假的嫌疑，这样就会对工程质量造成隐患。当发生汽蚀时，气泡突然破灭，形成很大的冲击力，引起水泵振动[8]。

1.2.8 质量控制措施

甲方应选择知名水泵厂家，同时应选择具有同型号业绩的厂家；监造时关注出厂质检环节；设备采购时，注意与其他厂家进行技术差异对比，如泵体重量、泵体材质、特性曲线、产品样本等。

2 设计环节

2.1 水泵管路及基础设计

对于大型水泵而言，由于水量大、各个结构尺寸大，管路、阀门、水流流态等对系统的影响较大，其设计与小型水泵的差异较大，若设计单位经验不足或考虑不周，容易造成设计缺陷，导致水泵振动。

2.1.1 流道水流均匀性差

对于立式斜流泵而言，当设计单位设计的水泵底部吸水池的设计与水泵厂家要求的尺寸不一致时，进水的水流不均匀，水流在吸水口周围形成吸气漏斗涡，空气被吸入泵体后形成气囊，迅速爆裂后引起水泵振动。同时，流道不均匀，导致吸水喇叭口进水的均匀性差，旋涡影响加强，引起泵体内动水压力变化，空腔气囊受压缩膨胀，引起水泵振动[9]。

火电厂循环水系统的水量非常大，流道的设计应遵守《火力发电厂循环水泵房进水流道设计规范》DL/T 5489—2014中的相关规定，保证流道内水流均匀稳定，控制流速，防止涡流。

2.1.2 水泵出口未设置传力接头

对于液下安装的立式斜流泵，管道穿墙处应设置防水套管、传力接头等附件，防止管道应力传导至泵体。当设计疏忽，未设置套管以及伸缩节时，水泵振动风险加大[10]。

2.1.3 水泵出口管路阀门未设置底座

对于大型水泵，水泵出水口需要设置止回阀、手动蝶阀、电动蝶阀，而这些阀门的质量较大，若设计时仍按照小型水泵的设计思路，阀门底部不设置支撑，在出口管段上长期承担阀门的重力，必然导致管道应力传递至水泵，成为水泵振动的诱因[11]。

2.1.4 轴承润滑水选择不合理

大型水泵多选择赛龙轴承，赛龙材料是由三次元交叉结晶热凝树脂制造而成的均质聚合物，其性能超越传统的轴承材料，材料具有稳定的化学特性，不存在老化问题。但是，水中含沙量较大，而轴承的润滑水又由水泵出水提供，将会导致轴套与轴承磨损过快，间隙变大，振动超标[12]。

2.1.5 水泵基础刚度不足

水泵基础的设计根据水泵厂提供的动荷载、静荷载等作为输入参数，若不考虑水泵叶轮高速旋转引起的荷载变化，水泵基础荷载刚度不足会引发水泵振动加剧。

2.2 设计环节的质量控制

选择具有与工程相同业绩的、经验丰富的设计单位；重视设计图纸与规程、规范吻合度的审查；主要设计人员应具有注册设备工程师执业资质；注意与类似工程的对比。

3 施工环节

3.1 水泵基础土建施工及水泵管路安装

3.1.1 水泵基础不合格

水泵基础的施工会影响水泵的振动，若二次灌浆情况不好，分层部位内部清理不干净，灌浆孔内残留很大空间，会导致地脚螺栓固定不牢固，进而影响基础的稳定性，引发水泵振动。

3.1.2 基础垫铁施工不合格

韩立争[13]的观点是某工程由于未按照设计图纸中的32对垫铁要求进行设置安装，而是仅设置了8对垫铁，少了24对垫铁，使水泵底板不平，水泵运行不稳定，导致振动超标。

3.1.3 水泵出口管路安装偏差

在水泵出口管路水平直管段，泵房内管道安装与室外管道安装常常为不同的施工单位，施工顺序安排不当，施工时不严格按照图纸施工，管道基础压实不足，会导致管道基础的不均匀沉降，导致管道产生应力，若泵房内消除应力的措施不完善，则会导致水泵振动超标。

3.1.4 水泵整体安装偏差

联轴器与电机轴的对应部分安装中，其摆度值稍有偏差，就会造成泵体的振动。泵体的安装不到位，也会造成振动的出现，这主要是由于转子出现不平衡运动，使泵体中的轴线不对中，或是相关部件的安装精度差，也会导致泵体的安装不达标[14]。

3.1.5 泵房基础沉降不均匀

华润电力（常熟）有限公司由于水泵基础不均匀沉降，泵转子的同心度和泵台板的水平度无法达到设计值，使转子部件倾斜运行，泵轴的中间支架受力不均，出现中间支架与筒体间隙变大的现象，使轴承、轴套、叶轮磨损也跟着变大，进而引起泵振动变大[15]。

3.2 施工环节的质量控制

选择经验丰富的施工单位；重视施工监理，保证按设计施工；切勿盲目赶工期而忽视施工质量。

4 运行环节

4.1 水泵运行调度不合理

在火电厂循环水系统中常常采用大型的立式斜流泵，带自然通风冷却塔的二次循环冷却系统，冷却塔内外围配水，在冬季时，为防止冷却塔结冰，需要运行1台循环水泵（夏季时为2台）。若运行人员经验不足，运行2台循环水泵，冷却塔仅外围配水，水泵运行工况点严重偏离设计工况点，水泵效率大大降低，可能导致电机出力不足，使电机超电流、超负荷运行，引起水泵振动[16]。