立式多级离心泵电机非驱动端轴承噪声问题分析

□ 付 炜 □ 孙 娟

1.浩卓泵业(杭州)有限公司 杭州 311103 2.南方中金环境股份有限公司 杭州 311107

1 问题情况

VX15-8型立式多级离心泵在客户处使用了近600 h后,电机非驱动端出现噪声。立式多级离心泵作为一款工业产品,广泛应用于成套供水设备,水泵运行参数见表1,工作介质为清水。立式多级离心泵常见的使用单位是市政供水、地产公司,运行环境多为泵房、地下车库。在这种静谧的使用环境下,用户对产品噪声有更高的要求。由此,对于一些频繁出现的噪声问题,亟需进行分析解决。

表1 水泵运行参数

2 轴向力对轴承运行影响

立式多级离心泵电机内部结构如图1所示。对泵体进行分析,立式多级离心泵作为一款整体结构紧凑、体积小、质量轻、噪声低、节能效果显著的工业产品,拥有平进平出的结构,为现场安装节省了大量空间,随之而来的问题便是在运行过程中始终会存在一个向下的轴向力,对电机轴承的运行产生影响。因此需要对轴向力进行全面分析。

▲图1 立式多级离心泵电机内部结构

假设水泵吸入口压力为P1,叶轮背面的压力为P2,当P1大于P2时,会产生向下的轴向推力。当介质流经叶轮时,轴向进入,径向流出,介质的反作用力施加于叶轮,进而产生轴向分力。 叶轮工作时,叶片工作面压力大于背面,从而产生向下的轴向力。 立式多级泵转子自重会产生一个向下的轴向力。

对受轴向力作用的电机运行状态进行系统分析,轴向力的存在会导致泵体磨损,缩短水泵的使用寿命。当轴承在运转过程中承受过大的轴向力,会加剧轴承损坏,从而产生噪声、振动。

轴向力对电机驱动端轴承的影响一般大于非驱动端。在本次案例现场分析处理过程中,发现驱动端轴承未出现噪声问题,所以排除轴向力对轴承的影响。

3 电机风罩噪声分析

通过对现场产生噪声工况下的一台产品进行对照试验,现场采集噪声,再进行短时傅里叶变换,进行频谱分析。风罩对噪声的影响如图2所示,频谱分析如图3所示。

▲图2 风罩对噪声影响

▲图3 频谱分析

根据短时傅里叶变换结果,推测安装风罩时的噪声来自共振。根据包络分析结果,推测40.7 Hz及其倍频为电磁频率,未见轴承损伤频率。

通过以上两组分析,得出结论,本次噪声问题有一部分来源于电机风罩共振。拆除风罩之后,噪声有明显下降,但仍然可以听到异常噪声,因此风罩并不是问题的要因。

4 真正原因分析

拆下非驱动端轴承,更换新轴承后,噪声消失,于是把研究重点放在非驱动端轴承上。

进行轴承油脂成分分析,油脂的金属元素含量见表2。经过轴承厂家分析,拆下的异响轴承不存在油脂变质,油脂元素成分比例符合要求。

表2 油脂金属元素含量

进行轴承滚道、钢球分析。使用电子显微镜观察轴承滚道、钢球表面形态,如图4所示。在电子显微镜下,可以明显看到滚道、钢球表面没有电腐蚀和机械磨损的痕迹,由此排除机械摩擦导致的轴承噪声。

▲图4 轴承滚道、钢球表面形态

在拆解过程中发现,产生噪声的轴承往往伴随着油脂干涩问题,推测真正原因为轴承失油产生的噪声,对油脂进行对照试验。

在保证其它变量一致的前提下,对40台异响电机进行非驱动端轴承更换,统一替换为填充了润滑性能更好、更耐高温油脂的轴承。

经过四个月的耐久运行试验,电机运行正常,未出现噪声超标问题。

5 应对措施

水泵作为工业系统中常见的介质输送装置,在设计、生产、使用、维护过程中,噪声是需要重点关注的问题。需要通过精密检测仪器、先进分析方法,针对性解决噪声问题。

在二次供水行业的泵类产品选型时,由于现场存在一定的低频运行工况,对轴承的运行温度有更高的要求,因此需要根据实际情况来提升润滑脂规格。

电机风罩虽不是此次噪声的要因,但对轴承噪声产生了一定的放大作用。为了更好地降低噪声,适当增大端盖和风罩的刚度,并且在相互接触的位置增加吸振材料,在最大程度上降低噪声。