立式多級離心泵電機非驅(qū)動端軸承噪聲問題分析

□ 付 煒 □ 孫 娟

1.浩卓泵業(yè)(杭州)有限公司 杭州 311103 2.南方中金環(huán)境股份有限公司 杭州 311107

1 問題情況

VX15-8型立式多級離心泵在客戶處使用了近600 h后,電機非驅(qū)動端出現(xiàn)噪聲。立式多級離心泵作為一款工業(yè)產(chǎn)品,廣泛應(yīng)用于成套供水設(shè)備,水泵運行參數(shù)見表1,工作介質(zhì)為清水。立式多級離心泵常見的使用單位是市政供水、地產(chǎn)公司,運行環(huán)境多為泵房、地下車庫。在這種靜謐的使用環(huán)境下,用戶對產(chǎn)品噪聲有更高的要求。由此,對于一些頻繁出現(xiàn)的噪聲問題,亟需進行分析解決。

表1 水泵運行參數(shù)

2 軸向力對軸承運行影響

立式多級離心泵電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。對泵體進行分析,立式多級離心泵作為一款整體結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、噪聲低、節(jié)能效果顯著的工業(yè)產(chǎn)品,擁有平進平出的結(jié)構(gòu),為現(xiàn)場安裝節(jié)省了大量空間,隨之而來的問題便是在運行過程中始終會存在一個向下的軸向力,對電機軸承的運行產(chǎn)生影響。因此需要對軸向力進行全面分析。

▲圖1 立式多級離心泵電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)

假設(shè)水泵吸入口壓力為P1,葉輪背面的壓力為P2,當(dāng)P1大于P2時,會產(chǎn)生向下的軸向推力。當(dāng)介質(zhì)流經(jīng)葉輪時,軸向進入,徑向流出,介質(zhì)的反作用力施加于葉輪,進而產(chǎn)生軸向分力。 葉輪工作時,葉片工作面壓力大于背面,從而產(chǎn)生向下的軸向力。 立式多級泵轉(zhuǎn)子自重會產(chǎn)生一個向下的軸向力。

對受軸向力作用的電機運行狀態(tài)進行系統(tǒng)分析,軸向力的存在會導(dǎo)致泵體磨損,縮短水泵的使用壽命。當(dāng)軸承在運轉(zhuǎn)過程中承受過大的軸向力,會加劇軸承損壞,從而產(chǎn)生噪聲、振動。

軸向力對電機驅(qū)動端軸承的影響一般大于非驅(qū)動端。在本次案例現(xiàn)場分析處理過程中,發(fā)現(xiàn)驅(qū)動端軸承未出現(xiàn)噪聲問題,所以排除軸向力對軸承的影響。

3 電機風(fēng)罩噪聲分析

通過對現(xiàn)場產(chǎn)生噪聲工況下的一臺產(chǎn)品進行對照試驗,現(xiàn)場采集噪聲,再進行短時傅里葉變換,進行頻譜分析。風(fēng)罩對噪聲的影響如圖2所示,頻譜分析如圖3所示。

▲圖2 風(fēng)罩對噪聲影響

▲圖3 頻譜分析

根據(jù)短時傅里葉變換結(jié)果,推測安裝風(fēng)罩時的噪聲來自共振。根據(jù)包絡(luò)分析結(jié)果,推測40.7 Hz及其倍頻為電磁頻率,未見軸承損傷頻率。

通過以上兩組分析,得出結(jié)論,本次噪聲問題有一部分來源于電機風(fēng)罩共振。拆除風(fēng)罩之后,噪聲有明顯下降,但仍然可以聽到異常噪聲,因此風(fēng)罩并不是問題的要因。

4 真正原因分析

拆下非驅(qū)動端軸承,更換新軸承后,噪聲消失,于是把研究重點放在非驅(qū)動端軸承上。

進行軸承油脂成分分析,油脂的金屬元素含量見表2。經(jīng)過軸承廠家分析,拆下的異響軸承不存在油脂變質(zhì),油脂元素成分比例符合要求。

表2 油脂金屬元素含量

進行軸承滾道、鋼球分析。使用電子顯微鏡觀察軸承滾道、鋼球表面形態(tài),如圖4所示。在電子顯微鏡下,可以明顯看到滾道、鋼球表面沒有電腐蝕和機械磨損的痕跡,由此排除機械摩擦導(dǎo)致的軸承噪聲。

▲圖4 軸承滾道、鋼球表面形態(tài)

在拆解過程中發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生噪聲的軸承往往伴隨著油脂干澀問題,推測真正原因為軸承失油產(chǎn)生的噪聲,對油脂進行對照試驗。

在保證其它變量一致的前提下,對40臺異響電機進行非驅(qū)動端軸承更換,統(tǒng)一替換為填充了潤滑性能更好、更耐高溫油脂的軸承。

經(jīng)過四個月的耐久運行試驗,電機運行正常,未出現(xiàn)噪聲超標(biāo)問題。

5 應(yīng)對措施

水泵作為工業(yè)系統(tǒng)中常見的介質(zhì)輸送裝置,在設(shè)計、生產(chǎn)、使用、維護過程中,噪聲是需要重點關(guān)注的問題。需要通過精密檢測儀器、先進分析方法,針對性解決噪聲問題。

在二次供水行業(yè)的泵類產(chǎn)品選型時,由于現(xiàn)場存在一定的低頻運行工況,對軸承的運行溫度有更高的要求,因此需要根據(jù)實際情況來提升潤滑脂規(guī)格。

電機風(fēng)罩雖不是此次噪聲的要因,但對軸承噪聲產(chǎn)生了一定的放大作用。為了更好地降低噪聲,適當(dāng)增大端蓋和風(fēng)罩的剛度,并且在相互接觸的位置增加吸振材料,在最大程度上降低噪聲。