Jaké jsou běžné režimy selhání vibrací u horizontálních odstředivých čerpadel

Horizontální odstředivá čerpadla hrají klíčovou roli v průmyslové výrobě a vibrace jsou hlavním ukazatelem jejich provozního stavu a spolehlivosti. Abnormal vibration not only accelerates wear of critical components such as bearings, mechanical seals, and couplings, but can also lead to unexpected downtime.

1. Režimy mechanického selhání

Mechanická porucha je nejběžnějším a nejničivějším zdrojem vibrací u odstředivých čerpadel. Jeho charakteristiky se často vyskytují při harmonických frekvencích rychlosti rotoru (1X), dvojnásobné rychlosti (2X) nebo vyšších.

1.1 Nevyváženost

Nevyváženost je způsobena nerovnoměrným rozložením hmoty v oběžném kole, spojce nebo samotné hřídeli čerpadla.

Příčiny: Vady odlitku, nerovnoměrné opotřebení, asymetrický klíč nebo drážka pro pero nebo koroze/znečištění oběžného kola během dlouhodobého provozu.

Vibration Characteristics: Vibration energy is primarily concentrated at the 1X speed frequency, the amplitude is typically large, and the vibration direction (radial) is stable.

Impact: This causes periodic centrifugal forces to be generated during pump shaft rotation, continuously exerting them on the bearings and accelerating bearing fatigue failure.

1.2 Nesouosost

Nesouosost se týká odchylky ve středové ose nebo úhlu mezi pohonem (např. motorem) a hřídelí čerpadla.

Typy: Paralelní nesouosost a úhlová nesouosost jsou klasifikovány následovně.

Vibration Characteristics: The most typical characteristic is a significant increase in vibration energy at 2X the rotational speed frequency, although 1X and 3X frequencies may also occur. Radiální nesouosost může být větší při 2X frekvenci otáček, zatímco úhlová nesouosost je vysoká jak při 1X, tak 2X frekvenci.

Impact: This causes periodic bending and stress changes in the coupling during rotation, generating significant reaction forces that can seriously damage the coupling, bearings, and mechanical seals.

1.3 Poruchy ložisek

Ložiska jsou kritické součásti, které odolávají radiálním a axiálním silám. Jejich selhání je jednou z hlavních příčin prostojů zařízení.

Vibration Characteristics: Bearing faults do not manifest at the 1X or 2X frequency, but instead produce unique high-frequency vibrations, known as bearing characteristic frequencies. Tyto frekvence zahrnují frekvence vnitřní dráhy (BPFI), vnější dráhy (BPFO), kuličky/válce (BSF) a klece (FTF).

Fáze vývoje: Poruchy v rané fázi se mohou projevit jako vysokofrekvenční náhodný šum; ve středním stupni se objevují zřetelné nosné charakteristické frekvence a jejich harmonické; v pozdní fázi jsou tyto frekvence zahlceny, projevují se jako širokopásmové vysokofrekvenční vibrace.

1.4 Volnost základu a strukturální rezonance

Uvolnění základu a rezonance jsou "neviditelnými zabijáky" v diagnostice vibrací odstředivého čerpadla.

Mechanická uvolněnost: Uvolněné kotevní šrouby, nerovné základní desky nebo nadměrná vůle mezi sedlem ložiska a základnou.

Vibration Characteristics: Typically manifested as a series of harmonic vibrations at the 1X, 2X, and 3X speed frequencies, often with the presence of half-speed frequencies (0.5X) or even more complex subharmonics, are typical signs of nonlinear mechanical looseness.

Strukturální rezonance: Vyskytuje se, když se provozní frekvence čerpadla (1X) blíží vlastní frekvenci čerpadla nebo potrubního systému.

Dopad: Výsledkem je dramatické zesílení amplitudy vibrací, přičemž i malé nevyváženosti nebo nesouososti způsobují značné vibrace.

2. Režimy selhání hydrauliky

Hydraulické poruchy jsou způsobeny změnami průtoku kapaliny nebo tlaku a úzce souvisejí s provozním bodem čerpadla.

2.1 Kavitace

Cavitation is the phenomenon of bubble formation and collapse caused by the pressure on the pump's suction side falling below the saturated vapor pressure of the pumped liquid.

Vibration Characteristics: A unique, random, broadband noise is generated, with vibration energy diffused in the high-frequency range, sounding like stones rolling or breaking within the pump body.

Dopad: Kavitace způsobuje těžké důlkové poškození materiálu oběžného kola, což vede k prudkému poklesu hlavy a účinnosti.

2.2 Přepětí a recirkulace

Hydraulická nestabilita může nastat, když odstředivé čerpadlo pracuje pod nebo nad svým návrhovým průtokem (BEP), zejména při nízkých průtokech.

Recirkulace: Při nízkém průtoku může kapalina zpětně proudit na vstupu nebo výstupu oběžného kola a způsobit hydraulický šok.

Surge: In some centrifugal pumps or multi-pump parallel systems, large, periodic fluctuations in pressure and flow can occur during low-flow operation.

Vibration Characteristics: Typically manifested as low-frequency vibration, typically below 1× the rotational speed, or broadband low-frequency energy buildup. Tato vibrace působí na ložiska cyklickým rázovým zatížením.

2.3 Frekvence průchodu čepelí (BPF)

BPF is the pressure pulsation caused by the periodic disturbance of the fluid as the impeller blades pass through the volute cutwater or diffuser vanes.

Výpočet: BPF = rychlost × počet lopatek.

Charakteristika vibrací: Energie vibrací je soustředěna v BPF a jeho harmonických.

Impact: Although usually a normal operating phenomenon, if the BPF amplitude is too high, it indicates that the clearance (radial clearance) between the volute tongue and the impeller outer diameter is not designed properly or is severely worn, or there is a hydraulic matching problem between the impeller and the volute.