深談離心泵機(jī)械密封振動(dòng)的因素

　　1.泵自身構(gòu)體引起的振動(dòng)

　　離心泵是由軸、軸承及安裝在軸上的葉輪，驅(qū)動(dòng)裝置(如電機(jī)、汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)等)構(gòu)成的。泵軸振動(dòng)、轉(zhuǎn)子不平衡、驅(qū)動(dòng)軸不同心、軸承缺陷、葉片及軸上其他部件松動(dòng)等，都有可能引起振動(dòng)。使用振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置可以測(cè)得單個(gè)振動(dòng)頻率，用于分析這些振源類型。

　　離心泵裝在泵軸上的機(jī)械密封有不同的振動(dòng)頻率，低時(shí)可在泵轉(zhuǎn)速以下，高時(shí)可達(dá)每秒數(shù)千次。如果振動(dòng)頻率剛好與機(jī)械密封中的彈性元件固有頻率相同，就可造成摩擦副磨損加快或疲勞損傷。當(dāng)然這種損傷還有其他因素。所以在設(shè)計(jì)或選型時(shí)，必須保持可預(yù)測(cè)的共振頻率不要與激勵(lì)頻率重合，應(yīng)采取可靠減振措施，設(shè)計(jì)的臨界轉(zhuǎn)速不能與工作轉(zhuǎn)速相距太近;在操作溫度下，將安裝誤差減至較小，因?yàn)檫@些誤差會(huì)導(dǎo)致密封彈性裝置的位移;轉(zhuǎn)子要充分平衡;垂直安裝軸上的軸承，其承受的載荷應(yīng)使?jié)L動(dòng)件打滑的可能性減至較小。

　　需要說(shuō)明的是：

　　(1)機(jī)械密封的彈性元件(包括單彈簧和多彈簧)，彈簧本身可承受大部分振動(dòng)載荷，輔助密封也有一定減振效果，如楔形環(huán)、O形圈、膨脹石墨等;

　　(2)對(duì)于支承在彈簧上的質(zhì)量較小的密封，如石墨密封環(huán)的結(jié)構(gòu)，其固有頻率相對(duì)較大;

　　(3)支承在低彈性彈簧上的質(zhì)量較大的密封，其固有頻率相對(duì)較小，且腔體內(nèi)壓力較低情況下出現(xiàn)共振可能性較小，金屬波紋管型密封根據(jù)不同的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，其彈性有高有低;

　　(4)由于沒有滑動(dòng)的輔助密封，所以依靠密封端面上的液膜或液體減振，當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)帶滑動(dòng)的輔助密封，提高它的穩(wěn)定性和剛性;

　　(5)大多數(shù)機(jī)械密封的固有頻率都遠(yuǎn)高于正常的操作轉(zhuǎn)速，對(duì)于金屬波紋管型機(jī)械密封，要特別注意避免軸向共振，異常振動(dòng)會(huì)加劇波紋管疲勞斷裂。如泵軸上軸承的軸向游隙調(diào)整不當(dāng)就容易出現(xiàn)這現(xiàn)象。

　　另外根據(jù)密封環(huán)材料的不同，特別是當(dāng)采用碳化鎢類高密度材料時(shí)，更應(yīng)注意共振問題。因此，當(dāng)支承在彈性元件的密封環(huán)需要采用硬質(zhì)材料時(shí)，條件允許情況下一般都選用密度相對(duì)較低的碳化硅、陶瓷等材料。

　　2.在正常及擾動(dòng)條件下產(chǎn)生的振動(dòng)

　　泵運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)子及機(jī)械密封會(huì)受到液力振動(dòng)影響，當(dāng)流量發(fā)生變化時(shí)，葉輪入口處液體會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，若不是在較佳效率下運(yùn)行，葉輪入口及擴(kuò)壓管處的流體壓頭會(huì)增大。低于或高于較佳效率點(diǎn)的流量時(shí)，或輸送介質(zhì)無(wú)法達(dá)到泵的氣蝕余量時(shí)，都可能產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，則密封激振就更明顯。另外，入口處介質(zhì)的流動(dòng)還會(huì)受到泵內(nèi)介質(zhì)自循環(huán)的干擾。

　　轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)及作用在密封上壓力狀況的變化，所引起的振動(dòng)的振幅和頻率是隨機(jī)的。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)和選擇泵時(shí)，應(yīng)使其在較佳效率狀態(tài)下運(yùn)行，保持泵在負(fù)壓情況下工作穩(wěn)定，即保持泵有足夠氣蝕余量，防止介質(zhì)在機(jī)械密封的表面氣蝕產(chǎn)生激振。

　　3.溫度及壓力變化使泵變形而產(chǎn)生的振動(dòng)

　　泵運(yùn)行過(guò)程中，溫度發(fā)生變化時(shí)，泵的各部件會(huì)產(chǎn)生熱變形，這時(shí)泵相對(duì)于驅(qū)動(dòng)裝置會(huì)發(fā)生偏移，引起機(jī)械密封振動(dòng)。此外，溫度對(duì)殼體和轉(zhuǎn)子的影響程度不一樣，一般情況下，轉(zhuǎn)子要比殼體變化迅速。當(dāng)運(yùn)行溫度波動(dòng)時(shí)，密封除了要承受部件錯(cuò)位產(chǎn)生的振動(dòng)外，還要承受低頻率大振幅的振動(dòng)。由于機(jī)械密封的一側(cè)固定在殼體上，而另一端固定在轉(zhuǎn)軸上，所以必須有吸收這兩種不同振動(dòng)的能力。

　　壓力也能使泵體變形，從而多機(jī)械密封產(chǎn)生干擾。當(dāng)密封腔內(nèi)壓力發(fā)生變化時(shí)，作用在密封端面上的載荷也會(huì)隨之發(fā)生變化，從而產(chǎn)生突變載荷引起振動(dòng)。

　　4.制造安裝原因產(chǎn)生的振動(dòng)

　　密封端面粗糙度過(guò)大，不能保持很好的貼合性，密封的穩(wěn)定性就會(huì)受到影響，影響程度不僅取決于密封的具體結(jié)構(gòu)，而且取決于密封運(yùn)行參數(shù)。密封每旋轉(zhuǎn)一周其補(bǔ)償環(huán)都要作相應(yīng)的運(yùn)行，從而保持密封端面的貼合性。對(duì)于滑動(dòng)輔助密封件，如O形圈或楔形環(huán)，密封面上的載荷沿圓周變化，應(yīng)盡量防止不受載荷的一側(cè)發(fā)生泄漏，受載荷的一側(cè)出現(xiàn)過(guò)度磨損的現(xiàn)象。泄漏會(huì)使流體的雜粒滲到端面液膜中，從而加速密封端面磨損。

　　密封件在加工過(guò)程中，一般不能用機(jī)械方法加以平衡。在設(shè)計(jì)中要盡量減少不平衡因素，如單彈簧就會(huì)造成不平衡，特別是在制造粗糙的動(dòng)環(huán)或向密封件傳遞的動(dòng)力具有“尾隨脈沖”情況時(shí)，更應(yīng)注意不平衡問題。

　　在采用內(nèi)裝式機(jī)械密封時(shí)，作用在密封上的沖擊力常常是由泵送介質(zhì)的自循環(huán)造成的。為穩(wěn)定密封性能，自循環(huán)液體應(yīng)從兩密封端的外側(cè)通過(guò)。若流量過(guò)大，則作用在密封環(huán)上的沖擊力可能會(huì)使密封端錯(cuò)位，其后果自然是振動(dòng)。

　　為減輕振動(dòng)的影響，可以使自循環(huán)流體，由切向入口;如有可能，循環(huán)流量可以通過(guò)密封腔內(nèi)襯套的配合間隙加以控制，或者將密封腔內(nèi)的吸入管和排出管反接，使流向改變而形成逆循環(huán)。后一種方法常在立式泵中采用，因?yàn)樗瑫r(shí)解決了密封腔上部的排氣問題;但是，這常被人們所忽視，甚至在臥式泵的設(shè)計(jì)中，密封腔內(nèi)由于逆循環(huán)產(chǎn)生的壓差而會(huì)顯著改善密封效果。

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