柱塞泵振動(dòng)原因分析及減振措施探討

2013-10-10

一、柱塞泵振動(dòng)原因分析
      柱塞泵的振動(dòng)是由于供液不平穩(wěn)，柱塞泵的壓力變化所引起的，通常表現(xiàn)為進(jìn)出口管線的振動(dòng)，而管線的振動(dòng)是由壓力的波動(dòng)引起的，壓力的波動(dòng)又是由流量波動(dòng)引起的。其關(guān)系表現(xiàn)為：流量波動(dòng)→壓力波動(dòng)→管線振動(dòng)。
      1、供液不平穩(wěn)
      通常，在沒(méi)有灌注泵（喂水泵或喂油泵）時(shí)，柱塞泵主要依靠與大罐內(nèi)液體的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)供液。因此，當(dāng)罐內(nèi)液面逐漸下降時(shí)，柱塞泵會(huì)隨之出現(xiàn)供液不足，引起不同程度的振動(dòng)。特別是大排量柱塞泵只有單一進(jìn)口時(shí)，如果進(jìn)口管線過(guò)長(zhǎng)，且閘門(mén)及彎頭過(guò)多時(shí)，會(huì)增大液體的局部水頭損失，從而降低了泵的吸入能力，造成供液不平穩(wěn)，引起振動(dòng)。
      2、柱塞泵的壓力變化對(duì)振動(dòng)的影響
      柱塞泵工作過(guò)程中，伴隨著流量周期性的變化，液體在流動(dòng)過(guò)程中就有加速度和減速度，泵的吸入管線和排出管線就會(huì)產(chǎn)生周期性的振動(dòng)。這就說(shuō)明，柱塞泵液缸內(nèi)的壓力是不斷變化的，從而產(chǎn)生慣性力，引起泵內(nèi)及管線內(nèi)液體的壓力波動(dòng)。為此，必須弄清楚壓力變化規(guī)律，以便采取必要的措施。由于柱塞泵的吸入過(guò)程和排出過(guò)程是交替進(jìn)行的，兩個(gè)過(guò)程壓力變化也就完全不同，故分別進(jìn)行研究。
      （1）吸入過(guò)程中吸入壓力的變化液體在從大罐經(jīng)吸入總管到達(dá)柱塞端面的過(guò)程中，吸入壓力受罐內(nèi)液面壓力或灌注泵出口壓力、吸入流道內(nèi)液流阻力及慣性水頭、吸入閥阻力等因素的影響。在吸入總管安裝吸入畜能器后，吸入壓力變化的曲線趨于平滑，即意味著吸入壓力的波動(dòng)幅度大大降低，這將利于泵的正常工作。
      （2）排出過(guò)程中排出壓力的變化排出過(guò)程中，柱塞擠壓泵內(nèi)液體，使壓力提高，以克服液體在排出流道中的流動(dòng)阻力和慣性力，以及排出閥的阻力和慣性力，增加液體的高度，并使液體具有一定的流動(dòng)速度。在排出總管安裝吸入畜能器后，排出壓力變化的曲線趨于平滑，即意味著排出壓力的波動(dòng)幅度大大降低，這也利于泵的正常工作。
二、柱塞泵減振措施
      1、安裝進(jìn)口灌注泵或采用雙進(jìn)口供液一般情況下，液體在大氣壓力作用下，是可以保證正常吸入的。如果有特殊需要，如吸入管線較長(zhǎng)，或在高原地區(qū)，則應(yīng)采用離心泵進(jìn)行灌注，提高吸入池液面的壓力。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，柱塞泵在安裝進(jìn)口灌注泵后，通過(guò)離心泵向柱塞泵內(nèi)灌注液體，能使柱塞泵獲得較平穩(wěn)的液流，從而減小壓力波動(dòng)和管線的振動(dòng)。但是，灌注泵的安裝運(yùn)轉(zhuǎn)，又增加了設(shè)備損耗及電能的消耗，從而增加了成本。因此，在設(shè)計(jì)安裝柱塞泵時(shí)，應(yīng)充分結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，盡可能的利用液面壓差來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吸入，并且嘗試采用雙進(jìn)口向柱塞泵供液，改善吸入條件，也能緩解和減小柱塞泵的振動(dòng)。
       2、確定合理的畜能器參數(shù)
     （1）畜能器工作原理
畜能器是一個(gè)內(nèi)部充以一定壓力氮?dú)饣蚩諝獾拿荛]容器，其基本功能是利用氣體的可壓縮性，隨著吸入壓力和排出壓力的變化，自動(dòng)地向泵（吸入時(shí)）或排出管（排出時(shí)）供給液體，或者貯存一部分來(lái)自吸入管（吸入時(shí)）或泵（排出時(shí)）的液體，使吸入總管內(nèi)或排出總管內(nèi)液流均勻，慣性力減小，從而降低壓力的波動(dòng)。
     （2）畜能器氣囊內(nèi)預(yù)壓力的確定合理確定畜能器氣囊中的預(yù)壓力（畜能器未工作時(shí)的氣體壓力）是消除柱塞泵振動(dòng)的根源。目前國(guó)內(nèi)排出畜能器的預(yù)壓力一般在3.5～6MPa之間，也說(shuō)明了這一點(diǎn)。從大量的實(shí)際情況來(lái)看，排出畜能器的預(yù)壓力大約是極限壓力的60％左右；吸入畜能器的預(yù)壓力大約是吸入法蘭處（即進(jìn)口壓力表安裝處）平均壓力的80％左右。
       3、安裝金屬波紋軟管柱塞泵安裝畜能器后，壓力波動(dòng)幅度大大減小，剩余的壓力波動(dòng)則直接作用到管線上，管線長(zhǎng)期處在振動(dòng)環(huán)境中，就會(huì)產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，導(dǎo)致管線出現(xiàn)裂紋。為了避免壓力波動(dòng)直接作用與管線上，我們?cè)谶M(jìn)出口管線上安裝金屬波紋軟管來(lái)消除壓力波動(dòng)，從而達(dá)到減振目的。
三、通過(guò)對(duì)柱塞泵振動(dòng)原因的分析，我們可以通過(guò)以下措施來(lái)減小柱塞泵的振動(dòng)。
       1、改善泵的吸入條件，采取雙進(jìn)口供液；
       2、在柱塞泵進(jìn)口安裝灌注泵（喂水泵或喂油泵）；
       3、調(diào)節(jié)畜能器（畜能器）預(yù)壓力，根據(jù)泵的額定壓力及管線運(yùn)行壓力確定合理的畜能器參數(shù)；
       4、在柱塞泵的進(jìn)出口安裝金屬波紋軟管，消除壓力波動(dòng)。