柱塞泵振动原因分析及减振措施探讨

2013-10-10

一、柱塞泵振动原因分析
      柱塞泵的振动是由于供液不平稳，柱塞泵的压力变化所引起的，通常表现为进出口管线的振动，而管线的振动是由压力的波动引起的，压力的波动又是由流量波动引起的。其关系表现为：流量波动→压力波动→管线振动。
      1、供液不平稳
      通常，在没有灌注泵（喂水泵或喂油泵）时，柱塞泵主要依靠与大罐内液体的压力差来实现供液。因此，当罐内液面逐渐下降时，柱塞泵会随之出现供液不足，引起不同程度的振动。特别是大排量柱塞泵只有单一进口时，如果进口管线过长，且闸门及弯头过多时，会增大液体的局部水头损失，从而降低了泵的吸入能力，造成供液不平稳，引起振动。
      2、柱塞泵的压力变化对振动的影响
      柱塞泵工作过程中，伴随着流量周期性的变化，液体在流动过程中就有加速度和减速度，泵的吸入管线和排出管线就会产生周期性的振动。这就说明，柱塞泵液缸内的压力是不断变化的，从而产生惯性力，引起泵内及管线内液体的压力波动。为此，必须弄清楚压力变化规律，以便采取必要的措施。由于柱塞泵的吸入过程和排出过程是交替进行的，两个过程压力变化也就完全不同，故分别进行研究。
      （1）吸入过程中吸入压力的变化液体在从大罐经吸入总管到达柱塞端面的过程中，吸入压力受罐内液面压力或灌注泵出口压力、吸入流道内液流阻力及惯性水头、吸入阀阻力等因素的影响。在吸入总管安装吸入畜能器后，吸入压力变化的曲线趋于平滑，即意味着吸入压力的波动幅度大大降低，这将利于泵的正常工作。
      （2）排出过程中排出压力的变化排出过程中，柱塞挤压泵内液体，使压力提高，以克服液体在排出流道中的流动阻力和惯性力，以及排出阀的阻力和惯性力，增加液体的高度，并使液体具有一定的流动速度。在排出总管安装吸入畜能器后，排出压力变化的曲线趋于平滑，即意味着排出压力的波动幅度大大降低，这也利于泵的正常工作。
二、柱塞泵减振措施
      1、安装进口灌注泵或采用双进口供液一般情况下，液体在大气压力作用下，是可以保证正常吸入的。如果有特殊需要，如吸入管线较长，或在高原地区，则应采用离心泵进行灌注，提高吸入池液面的压力。现场实践表明，柱塞泵在安装进口灌注泵后，通过离心泵向柱塞泵内灌注液体，能使柱塞泵获得较平稳的液流，从而减小压力波动和管线的振动。但是，灌注泵的安装运转，又增加了设备损耗及电能的消耗，从而增加了成本。因此，在设计安装柱塞泵时，应充分结合现场实际，尽可能的利用液面压差来实现自动吸入，并且尝试采用双进口向柱塞泵供液，改善吸入条件，也能缓解和减小柱塞泵的振动。
       2、确定合理的畜能器参数
     （1）畜能器工作原理
畜能器是一个内部充以一定压力氮气或空气的密闭容器，其基本功能是利用气体的可压缩性，随着吸入压力和排出压力的变化，自动地向泵（吸入时）或排出管（排出时）供给液体，或者贮存一部分来自吸入管（吸入时）或泵（排出时）的液体，使吸入总管内或排出总管内液流均匀，惯性力减小，从而降低压力的波动。
     （2）畜能器气囊内预压力的确定合理确定畜能器气囊中的预压力（畜能器未工作时的气体压力）是消除柱塞泵振动的根源。目前国内排出畜能器的预压力一般在3.5～6MPa之间，也说明了这一点。从大量的实际情况来看，排出畜能器的预压力大约是极限压力的60％左右；吸入畜能器的预压力大约是吸入法兰处（即进口压力表安装处）平均压力的80％左右。
       3、安装金属波纹软管柱塞泵安装畜能器后，压力波动幅度大大减小，剩余的压力波动则直接作用到管线上，管线长期处在振动环境中，就会产生疲劳应力，导致管线出现裂纹。为了避免压力波动直接作用与管线上，我们在进出口管线上安装金属波纹软管来消除压力波动，从而达到减振目的。
三、通过对柱塞泵振动原因的分析，我们可以通过以下措施来减小柱塞泵的振动。
       1、改善泵的吸入条件，采取双进口供液；
       2、在柱塞泵进口安装灌注泵（喂水泵或喂油泵）；
       3、调节畜能器（畜能器）预压力，根据泵的额定压力及管线运行压力确定合理的畜能器参数；
       4、在柱塞泵的进出口安装金属波纹软管，消除压力波动。