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船用离心泵应该如何减振降噪?

亚洲流体网 发布时间:2017/10/31 8:48:41 浏览次数:142926 来源:亚洲阀门网编辑整理 我要投稿
【导读】 随着造船业的迅速发展,对船用离心泵运行的稳定性及安全性要求越来越高,为改善船员的工作环境,保证船员的身心健康,降低由于泵运行时产生的振动与噪声,保证泵设备运行的稳定性已成今后船用泵发展的方向。本文对某型远洋货轮上的船用离心泵进行减振降噪分析研究,并通过试验进行验证

随着造船业的迅速发展,对船用离心泵运行的稳定性及安全性要求越来越高,为改善船员的工作环境,保证船员的身心健康,降低由于泵运行时产生的振动与噪声,保证泵设备运行的稳定性已成今后船用泵发展的方向。本文对某型远洋货轮上的船用离心泵进行减振降噪分析研究,并通过试验进行验证。

船用离心泵应该如何减振降噪?

船用离心泵应该如何减振降噪?

2改造对象简介船用离心泵主要用于从舷外吸入海水,增压后经系统管路送至各用水设备或用水处,完成预定功能后排出舷外。原设计参数为流量Q矣85dB,该泵为单壳体泵,泵与电机采用刚性联接,由电机承担轴向推力。其结构如所示。

3离心泵存在振动噪声的原因分析船用离心泵是种旋转式流体机械,运行时会因机械和流体动力学两方面原因产生振动噪声。其振动与噪声部分来自泵壳内部,本质上与泵内流体的水力脉动直接相关,另一部分与泵直接相关,即与泵本身的制造、安装和使用等有关。具体分为以下几个方面:设计欠佳引起的振动噪声内部结构设计不合理,导致泵内部流场分布不均,局部区域存在压力脉动,会导致泵产生振动噪声;若设计上对泵刚性、基础板刚度等考虑不全面,泵临界转速计算存在误差等,也都会使泵产生振动噪声。

制造质量不高引起的振动噪声船用离心泵若在制造中出现回转部件的同轴度很差、泵叶轮质量分布不均,叶片厚度不均,或者叶轮前后盖板有局部区域厚度分布不致等情况出现,会使得转子在旋转时使整个泵组产生周期性激振力,使泵体产生强迫振动,从而产生噪声;叶轮各叶片的空间形状不一致,每个叶片在旋转时产生的扬程不同,从而产生水力的不平衡而导致振动加剧,也会使泵产生振动噪声。

泵安装时底座未找平找正基准面、泵轴和电机轴未达到同轴度要求,管道配置的不合理、管道产生应力变形、基础螺栓不够牢固、隔振装置或元器件的设计、选用安装方式布置不当或存在质量问题等也会造成泵产生振动噪声。当离心泵的固定频率与某些不平衡力等激振力频率相重合时,就有可能产生共振,从而使泵组振动噪声更加剧烈。

使用不当引起运行时产生振动泵在非推荐工况下运行,且有时偏离设计工况太大,产生较大的径向力,使泵转子受力偏移,或者泵体受拉或受压的外力过大使之产生变形,根据以往经验,离心泵在偏离设计工况60%-70%左右的小流量运行时,有产生所谓“喘振”的可能;若泵运行状态检查不严、外界振动传入等也会引起泵振动噪声。

4改进措施从以上几点出发来研究减振降噪的措施,并对船用离心泵设计、生产工艺加以改进。

4.1设计改进将泵与电机由刚性联接改为弹性联接;改变泵壳结构,将泵体由单壳体设计为双壳体,并增加泵壳强度,减小径向力;提高泵加工装配精度,如:提高零件之间的配合精度,将水泵叶轮、转子部件及电机转子平衡精度等级由G6.3级提高到G2.5级;改变泵脚板加强筋位置并增加数量,在泵进口设置加强筋;电机支座由焊接件改为铸件,以增加吸振能力;合理地布置轴承,保证弹性联接后泵本身轴承承受轴向力。改进后泵的结构如所示。

工艺中采用些新的设备和工艺方法:泵轴的车削加工由原普通卧车加工改为数控卧车加工;支座的车削加工由普通立车加工改为数控立车加工,同时,在支座粗、精加工之间增加一次退火热处理,以更好地消除铸钢件在加工过程中产生的内应力,保证加工尺寸的稳定性。

为保证叶轮与轴配合的内孔尺寸由7级精度提高到6级,工艺上由原来的车削加工改为磨削加工;另外,叶轮前、后盖板上各弧面的车削加工也由原普通卧车加工改为数控卧车加工。

为保证叶轮及转子部件动平衡精度由原G6. 3级提高到G2.5级,采用高精度动平衡机进行动平衡,其最小可达剩余不平衡量(Umar)为0.1gmm/kg,并编制相应的作业指导书,对此关键过程的质量进行控制。为更好地保证转子不平衡量得到控制,设计专用工装,即叶轮静平衡及动平衡心轴,以先行控制叶轮的不平衡量,再进行整个转子部件动平衡试验。

针对泵体、泵盖等承压零件的水压试验,编制水压试验作业指导书,对其过程质量加以控制。在零件粗加工后,即先进行一次水压试验,若发现有冒汗、渗漏等小缺陷,采用补焊、浸渗等方式进行修复,待零件精加工完后再进行一次水压试验。

针对泵的装配精度要求的提高,制定合理的装配工艺,特别是为控制叶轮口环位对泵体的跳动,因泵体装上后无法再打表检查叶轮口环位的跳动,设计专用压盖代替泵体止口定位。此外,在装配过程中,还对以下工序进行重点检查:电机轴外圆对电机法兰端面的跳动、泵轴外圆对支座止口的跳动、轴承压盖与轴承端面间的间隙,以保证泵与电机同轴度满足要求。

4.3铸造工艺改进对影响泵水力性能的2个关键零件:泵体与叶轮的铸造工艺加以改进。

将泵体由单壳体改为双壳体后,泵体由分水肋将流道分成两部分,由于分水肋是扭曲形状,而整个泵体体积较小,这无疑增加了铸造难度。因此,设计芯骨工装,将流道砂芯分别打制,由芯骨相联结,将流道砂芯形成个整体,从而保证流道的完整性和符合性。模具设计采用金属模具结合塑料脱胆结构,保证铸件壁厚的均匀;铸造采用周身冷铁,树脂砂造型、制芯,相当于金属型铸造,提高铸件本体组织的致密性,满足承压要求。

将木模改为塑胶模,尽量减小由于模具铸造过程中变形对泵性能的影响;在模具制作时,严格按图样的尺寸和技术要求制作叶片和流道各截面的样板,并用样板进行检验各截面尺寸。由于在铸造过程中存在着诸多不稳定的因素,铸造的叶轮与设计存在定的偏差,采用三维坐标仪对铸造的叶轮与设计的叶轮进行测量对比,指导叶轮铸造和模具的修改。同时对铸造出的叶轮采取优中选优的原则,选出尽量满足设计要求并与设计非常相吻合的叶轮用于泵的装配,以此排除由于叶轮的制造误差对泵性能的影响。

5改进效果对设计改进后的泵进行流场模拟与底板模态分析,并对改进后的泵进行振动噪声测试。

改进前泵内总压分布布,从中可以看出泵体采用双壳体后,大大降低流场的非轴对称性分布,从而降低径向压力,减小整个泵的振动。

表1示出原焊接底板及改进后的铸造底座模态前十阶频率,整个水泵系统中,泵的转动轴频约在50Hz处,泵的叶频约在300Hz处,通过比较可知,铸造底座比焊接底座具有更高的各阶固有频率,其影响较大的第一、二、三阶固有频率,远远超过水泵叶频,不易发生共振,因此采用铸造底座更有利于减振降噪。

表1改进前后底板固有频率对比Hz固有频率焊接底座铸造底座-阶二阶三阶四阶五阶六阶七阶八阶九阶十阶表2示出改进后泵在额定工况下运行时振动噪声指标的测试结果,由表可知:实测的所有指标均低于要求值,改进效果明显。

表2改进后振动噪声实测值与要求值对比表项目机脚振动振机身振动空气噪声级指标(dB)指标(dB)要求值实测值6结语从离心泵产生振动噪声的因素出发,对某型船用离心泵进行了设计、制造改进,对改进后泵进行流场模拟与底板模态分析,并对泵运行时的振动噪声进行测试,最终试验结果表明,改进后泵的振动噪声指标满足要求。由此可知,将泵与电机由刚性联接改为弹性联接,对泵体进行改型设计以使得泵内流动更加顺畅,提高泵加工装配精度,改变泵脚板加强筋位置并增加数量,泵进口设置加强筋,将电机支座由焊接件改为铸件,合理地布置轴承以保证弹性联接后泵本身轴承承受轴向力,这些改进措施可以有效地降低船用离心泵的振动噪声。


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