大型水泵如此隔振你会不会颤抖

【摘要】本文对大型可调速水泵的特点进行了分析,分别从水泵的振动传递、减振器选型计算、管道支架选型计算、隔振系统设计和安装等方面进行了研究,提出了大型可调速水泵隔振设计和安装的要点。由于大型可调速水泵被广泛应用于集中供热工程中,为了降低水泵产生的噪音污染,需要采用弹性隔振措施。为此,本文以单级、双吸、水平中开式离心泵为例进行了分析。文章还对大型水泵的减振器进行了探讨,介绍了减振器的计算和选型方法,指出了橡胶减振垫在结构受力性能、稳定性、耐热耐油性以及使用方便等方面的优点。减振器的选型计算是根据允许振动传递率T和隔振效率I两个主要参数进行的。其中,允许振动传递率T = ■,主要由隔振系统频率比f/f0、水泵额定转速时的振动频率f、水泵的额定转速n以及减振器静态荷载下的竖向固有频率f0等参数共同决定。隔振效率I则表示减振器在隔绝水泵振动方面的效率,其计算公式为I = (1-T) × 100。这两个参数的具体数值应根据建筑物场所的隔振要求来确定,具体参见表一。在减振器设计中,减振器的竖向固有频率与其刚度和质量有关,其计算方法复杂,需要根据实际情况进行确定。减振器的竖向固有频率与其刚度成正比,与其静态荷载(静态压缩量)成反比。具体的关系式为f0 = ■■=■,其中k为减振器的刚度,单位为kg/cm2,m为减振器的静态荷载,单位为kg,x为减振器的静态压缩量,单位为cm,k/m准表示减振器的动静刚度比。减振器选用时应注意以下原则:对于恒速水泵减振器,应参考表一中的频率比f/f0进行选择,通常采用2.5~5;减振器所承受的荷载不应超过其许可荷载范围;阻尼较小的弹簧减振器与设备基础之间应设置一定厚度的弹性垫;支承点数不应少于4个,若水泵较重或尺寸较大,可采用6~8个支承点;水泵隔振台座重量应为水泵重量的1.1~1.4倍;水泵重心较低时,宜选用硬度稍大的减振器,反之宜选用硬度稍小的减振器。当水泵高度较大时,应增加隔振台座的尺寸和重量,以达到更好的隔振效果。对于可调速水泵减振器的选用,应遵守恒速水泵减振器选用的原则,选择频率比时必须按照水泵运行的最低转速进行选择。例如,当可调速水泵额定转速时,频率比可选取2.5,在水泵低速运行时,频率比小于2.5时,隔振效果会大幅度下降;当水泵转速下降到额定转速的40%时,即0.4f/f0=1,隔振系统将产生共振现象,不但无法隔振,并且会增加振动,甚至导致设备和管道受损。选用可调速水泵减振器时,频率比应根据水泵最低转速选择,并参考表二以及选用产品说明书的参数来选用不同类型的减振元件或隔振材料。如果水泵转速低于300r/min,大块式刚性基础可用于减小振动传递。对于橡胶减振垫的选用和安装方法,应根据其许可荷载范围和竖向固有频率进行选择。对于大型水泵,支承点一般采用多层及每层多块的组合布置,在各层减振垫之间用3~4毫米厚整块钢板隔开,并将减振垫和钢板粘结在一起。考虑到水泵隔振系统的稳定性,每层1~2块布置时不宜超过3层,每层3~4块时不宜超过4层,每层5~6块以上时不宜超过5层。橡胶减振垫的许可荷载与硬度成正比,竖向固有频率与硬度成正比,与静态压缩量成反比。橡胶减振垫的竖向固有频率与支点每层布置的块数无关,与布置的层数成反比。例如,当二层布置时,竖向固有频率约为一层布置的0.7倍,当四层布置时,竖向固有频率约为一层布置的0.5倍。 在隔振系统设计中,不仅需要对转动设备进行隔振,还需要防止振动随管道输出。为此,水泵进出口管道应安装隔振软接头,进出口管道上的支吊架应采用隔振(弹性)支吊架,使得管道和水泵之间能够自由伸缩,并迅速吸收振动,防止振动通过管道输出。在水泵所在的机房围护结构处,应该留出缝隙,并使用弹性材料填充,以满足隔振系统的需要。 水泵隔振软接头主要有可曲挠橡胶接头和不锈钢金属软管两种类型。可曲挠橡胶接头价格较低,具有良好的弹性和自由偏转、位移性能,适合中小型水泵的使用。然而,由于橡胶强度较低且易老化,其承受压力能力相对较弱,因此,在大型水泵的应用范围相对较小。对于不锈钢金属软管来说,其密封能力强,强度高,承受压力能力大,使用寿命较长。但是,由于其自由偏转和位移性能相对较差,价格较高,因此,在大型水泵上的使用较多。 隔振支吊架有弹簧阻尼支吊架和橡胶隔振支吊架两种类型。弹簧阻尼支吊架价格较高,但隔振性能好,使用寿命长。而橡胶隔振支吊架具有结构简单,隔振性能好,并且可以购买成品或现场制造,因此价格相对较低。 在水泵隔振系统的设计中,隔振软接头可以分为水平管段安装和竖直管段安装两种形式。当隔振软接头安装在水泵进出口的水平管段时,水泵运行时,由于介质压力的作用,水泵进出口的竖管会发生向外侧位移的情况。水泵进出口的隔振软接头容易受到拉力的作用,这不仅会降低隔振效果,而且在压力过大的情况下还可能会损坏隔振软接头。因此,支架a和支架b应按照固定支架的设计进行安装,并且支架顶部承受的水平推力需要进行计算。计算公式如下:

Fa = P1A1, Fb = P2A2。其中,Fa代表支架a顶部承受的水平推力,以N为单位;P1代表水泵出口工作压力,以Pa为单位;A1代表水泵出口弯管圆截面积,以m²为单位;Fb代表支架b顶部承受的水平推力,以N为单位;P2代表水泵进口工作压力,以Pa为单位;A2代表水泵进口弯管圆截面积,以m²为单位。

当水泵运行时,由于水泵进出口管内压差较大,尤其是高扬程、大流量水泵,水泵泵体会向水泵进水口方向移动。因此必须采取相应的限位移措施来固定水泵隔振台座。常用的方法是在设备基础上设置挡板,挡板受力计算公式如下:

F = P1A1 – P2A2(忽略减振器对隔振台座的作用)。公式中,F代表挡板受力,以N为单位;P1代表水泵出口工作压力,以Pa为单位;A1代表水泵出口弯管圆截面积,以m²为单位;P2代表水泵进口工作压力,以Pa为单位;A2代表水泵进口弯管圆截面积,以m²为单位。

计算公式为:F = P1A1 – P2A2 (不考虑减振器对隔振台座的影响)。公式中,F代表水泵位移对挡板的推力,以N为单位;P1代表水泵出口工作压力,以Pa为单位;A1代表水泵出口弯管圆截面积,以m²为单位;P2代表水泵进口工作压力,以Pa为单位;A2代表水泵进口弯管圆截面积,以m²为单位;牵制力暂不考虑。 隔振软接头安装在水泵进、出口竖直管段上时,由于弯管是与水泵刚性连接的,所以在水泵运行时,水泵本身不会发生位移。 在水泵运行时,管内介质的压力会使水泵进、出口水平管段发生一定程度的位移。此时,如果没有任何的限制和约束,会导致管道、管件的损坏以及隔振软接头的压力过大而被拉伸或损坏。因此,对于水泵进、出口水平管道和上部母管,应设置支架c、支架d、支架e和支架f。而支架c和支架d应该按照弹性支架的设计标准进行安装和制造。这些支架所要承受的荷载,包括隔振软接头以下管道管件的重量、竖直管段和水泵进、出口水平管内水的重量以及由于管道内部压力所产生的向下盲板力之和。 至于支架e和支架f的设计,其具体计算公式暂缺。在安装隔振软接头后,应进行力学分析和计算,以确定所需的支架类型。如果隔振软接头以上的管道管件以及母管内部水的重量大于管道内介质压力在上部三通产生的向上盲板力的大小,则支架e和支架f可以采用滑动支架进行设计。如果相反则应采用平面导向支架,以防止母管向上移动。 在安装隔振台座、设备基础和减振器时需要特别注意以下事项:隔振台座和设备基础表面应平整,确保其间紧密贴合;减振器的安装位置应在现场进行微调,以保证隔振台座的水平稳定,并且各个减振器的压缩量保持一致。 大型可调速水泵的振动具有其特殊性,设计和安装过程中必须全面考虑,才能实现有效的隔振效果,减小噪音污染,并保证设备安全可靠运行。

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