某立式泵振动异常诊断与结构改进

2021-03-23刘中河高敏严文泽

化工设备与管道 2021年5期

刘中河，高敏，严文泽

（1. 北京市燃气集团有限责任公司，北京：100035；2. 大连深蓝泵业有限公司，辽宁大连 116031）

振动是旋转机械不可避免的现象，当外界激励的频率与系统频率接近时，会发生共振现象，共振会引起机械和结构很大的变形和动应力，甚至会直接造成破坏性事件[1-5]。因此在设计与安装过程中应当尽量减少振动的发生，从而降低振动的幅值。

针对某型号立式泵现场试验振动异常现象，本文利用振动测试和仿真计算联合分析，精确地诊断出振动异常的原因为结构共振。因此对其结构进行改进，并对改进后的模型进行模态仿真分析，改进后的结构成功地提高了系统固有频率，避免了共振现象的发生。通过现场试验，改进后的模型运行良好，达到了改进设计的目的。

1 立式泵底板上端结构振动测试

采用智能数据采集处理分析仪和DASP 数据采集处理分析平台软件，对立式泵底板上端结构轴承箱体和电机架上端法兰进行振动测试，测试结果见表1和图1 所示。

图1 轴承箱体和电机架上端法兰振动频谱Fig.1 The vibration spectrum of the bearing housing and the upper flange of motor frame

表1 轴承箱体和电机架上端法兰振动数据Table 1 The vibration data of the bearing housing and the upper flange of motor frame

此外，在进出口段到电机上端布置5 个传感器，进行振动频谱与数据采集，得到其振动数值，具体数据见表2 和图2、图3 和图5 所示，测点布置图见图4 所示。

图2 开窗X 方向，1～5 点振动频谱Fig.2 The vibration spectrum of 1～5 point in X direction （along the window direction）

图3 沿出口Y 方向，1～5 点振动频谱Fig.3 The vibration spectrum of 1～5 point in Y direction （along the exit direction）

图5 1～5 点振动幅值示意Fig.5 The schematic diagram of vibration amplitude at 1～5 point

表2 底板上端结构1～5 点振动数据Table 2 1～5 point vibration data of the structure above the base plate

2 模态测试与有限元仿真计算

2.1 模态测试

模态测试的目的是为了掌握泵组结构的基本动态特性，用于故障诊断分析及有限元模型校准[5-6]。此次试验采用脉冲激励，单点激励多点响应的测试方法，激励点的布置如图4 所示。模态频率与振型见表3 所示。

表3 模态测试频率与振型Table 3 The frequency and mode shape of the modal test

图4 振动测点布置及振动数据Fig.4 Vibration measuring point layout and vibration data

2.2 模态分析有限元仿真计算

模态分析是振动理论的重要组成部分，是对结构动力特征研究的方法[7-8]。在ANSYS Workbench 平台下建立有限元模型并进行模态分析计算，以实验测试结果为基准，去修改有限元模型的边界条件及结合面参数，建立一个可以反映实际工况的有限元模型。由于测试结果显示沿出口Y方向固有频率与一倍转频接近，故重点关注沿出口Y方向固有频率仿真结果。几何模型见图6，计算结果见表4 和图7 所示。