CN104141618B - 离心泵的解耦试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心泵的解耦试验装置，离心泵的蜗壳通过分离解耦支架安装在蜗壳支撑基座上，叶轮转子安装在离心泵的驱动电机的电机轴上，离心泵的驱动电机安装在电机支撑基座上，且蜗壳支撑基座和电机支撑基座相互独立，使蜗壳与驱动电机转子之间物理分离，实现流体激励、机械激励及电磁激励的振动解耦；在蜗壳上布置动态压力脉动传感器、振动加速度传感器，在叶轮转子处布置电涡流传感器、在叶片上布置无线应力应变传感器以及在电机的轴承处和机脚处布置振动加速度传感器，并且各传感器连接采集与数据分析装置，用于分别获取流体激励源的振动传递特性，实现流体激励源的定量特性和依据定量激励源特性分析。

Description

离心泵的解耦试验装置

技术领域

本发明涉及一种离心泵试验装置，尤其是一种离心泵的解耦试验装置。

背景技术

离心泵是一种将原动机的机械能转化为被输送液体压力能和动能的通用流体机械，降低离心泵振动噪声不仅有利于延长其使用寿命，同时也可改善设备运行的工作环境和其周边生活环境。

引发离心泵振动噪声的激励源主要由三方面组成：流体激励、机械激励和电磁激励，其中流体激励振动噪声是由于电动离心泵叶轮旋转时划过液体产生了流体非定常脉动，而激起离心泵蜗壳、叶轮的振动噪声并传递到机座，它与离心泵内流场流体流动状况有关，影响离心泵内流场流体流动状况的主要因素有叶轮结构参数、叶片型线、蜗壳结构参数、动静间隙等；机械振动噪声主要是由电动离心泵轴承、转子不平衡等因素引起，可通过电动离心泵组中电机壳体的轴承和定子端盖传递到设备机脚；电磁振动噪声是电机气隙中电磁场产生的电磁力波，激起电机定子、转子振动噪声并传递到机座，它与电机气隙、内谐波磁场及由此产生的电磁力波幅值、绕组形式、齿槽形式和配合、级对数等因素有关。

目前对电动离心泵振动噪声的研究主要集中在仿真计算和简单的频谱定性分析方面，无法实现激励源的定量识别和定量处理。现有电动离心泵组主要结构由电动机和离心泵组成，将蜗壳直接安装在电机端盖上，或使用过渡支撑结构与电机刚性相连，在该结构形式下，流体激励、机械激励、电磁激励高度耦合，无法对引发电动离心泵振动噪声的激励特性进行很好的分离和识别，就不能从源头上对离心泵振动噪声进行定量分析和优化设计。目前国内的离心泵试验装置并不能实现流体激励、机械激励、电磁激励等不同激励特性的物理分离，更没有专门实现离心泵流体激励与机械激励及电磁激励物理分离的解耦试验装置。

目前对电动离心泵振动噪声的研究存在着以下缺陷：

（1）流体激励、机械激励和电磁激励产生的振动噪声相互耦合，电动离心泵组的振动噪声响应是各激励源的混叠耦合作用，不能实现激励源的分离，这给激励源的定量识别带来了很大难度，也无法针对离心泵不同的激励特性实现有指向性的减振降噪设计；

（2）在现有离心泵结构下，蜗壳与电机刚性连接，无法完成蜗壳型线设计、蜗壳加工材料及加工工艺等单因素变化对电动离心泵振动噪声影响规律的试验研究。

发明内容

本发明是要提供一种离心泵的解耦试验装置，在不改变离心泵性能参数的前提下，实现离心泵流体激励与机械激励和电磁激励的物理分离；可对离心泵流体激励、电机电磁激励、机械激励以及振动传递特性进行深入研究，同时可以完成蜗壳结构或材料变化对设备振动噪声影响规律的试验研究。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种离心泵的解耦试验装置，包括离心泵蜗壳、位于离心泵蜗壳内的叶片、叶轮转子、离心泵的驱动电机，其特点是：蜗壳通过分离解耦支架安装在蜗壳支撑基座上，叶轮转子安装在离心泵的驱动电机的电机轴上，驱动电机安装在电机支撑基座上，且蜗壳支撑基座和电机支撑基座相互独立，使蜗壳与驱动电机转子之间物理分离，实现流体激励、机械激励及电磁激励的振动解耦；在蜗壳上布置动态压力脉动传感器、加速度传感器，在叶轮转子处布置电涡流传感器、在叶片上布置无线应力应变传感器以及在电机的轴承处和机脚处布置加速度传感器，并且各传感器连接采集与数据分析装置，用于分别获取流体激励源的振动传递特性，实现流体激励源的定量特性和依据定量激励源特性分析。

离心泵的泵盖安装于驱动电机的下法兰处，泵盖与下法兰之间的密封型式为迷宫密封10配合O型硅胶圈密封11的双重密封型式。

电机支撑基座为刚性支撑基座或弹性支撑基座。

驱动电机4的机脚位置处布置第一、二加速度传感器5、14，用于测试电机振动加速度。

驱动电机的下法兰处布置第三加速度传感器12，在离心泵的蜗壳对应位置处布置第四加速度传感器13，用于测试两个位置的振动加速度。

动态压力脉动传感器7布置于蜗壳上紧靠第四加速度传感器13附近，并沿蜗壳周向均匀布置，从蜗舌位置开始每隔90°布置一个，用于测试水泵运转产生的流体激励。

电涡流传感器8固定于电机支撑基座3上，并伸向电机轴外表面，两只电涡流传感器呈90°夹角布置，用于测试轴系径向位移。

本发明的有益效果：

本发明主要有以下几个特点：

（1）本发明设计的水泵蜗壳带有独立安装支架与蜗壳基座安装，叶轮转子安装在电机轴上，电机机脚与电机基座安装，能够实现蜗壳和电机转子之间的物理分离，即实现流体激励和机械激励及电磁激励的振动解耦。通过在蜗壳上布置动态压力脉动传感器、振动加速度传感器，在叶轮转子处布置电涡流传感器、在叶片上布置无线应力应变传感器以及在电机的轴承处和机脚处布置振动加速度传感器可以分别获取流体激励源的振动传递特性，实现流体激励源的定量特性分析和依据定量激励源特性（含传递特性）实现有指向性的减振降噪设计，为低噪声水泵研究设计提供技术支撑。

（2）本发明可以测量蜗壳和电机刚性连接与物理分离两种状态下的振动响应，通过比较分析两种状态下振动特性，可以获取离心泵振动传递路径，从而可以对电动离心泵的连接结构进行优化，降低设备的振动传递。

（3）本发明实现了蜗壳和叶轮转子以及电机机壳的物理分离，通过改变蜗壳型线结构设计，并研究采用新型材料、新型工艺生产制造蜗壳，可用于研究蜗壳结构或材料变化对设备振动的影响，为蜗壳结构的低噪声设计提出具体的要求。

（4）本发明实现了电机机壳与蜗壳的物理分离，大幅降低了流体激励对电机振动的影响，可通过改变变频器的载波频率(5kHz、10kHz、15kHz等)来改变电流品质，以获得驱动电机激励特性对离心泵驱动电机部分振动噪声影响。

本发明的装置可实现将流体激励与机械激励和电磁激励解耦情况下进行相关试验，具体包括：

1)能够实现离心泵流体激励与机械激励和电磁激励物理分离；

2)可直接进行流体激励对运动部件振动耦合分析和流体激励对静止部件振动耦合分析；

3)可进行离心泵过流部件结构性能参数与振动特性关系的研究，为离心泵单因素变化对振动影响提供规律研究。

附图说明

图1是本发明的离心泵解耦试验装置的原理示意图；

图2是本发明的离心泵解耦试验装置结构示意图；

图3是解耦密封形式结构示意图；

图4是分离解耦支架结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1，2所示，一种离心泵的解耦试验装置，主要由解耦系统、支撑系统、水泵系统、驱动系统、测试系统组成。

解耦系统由分离解耦支架2组成。支撑系统由蜗壳支撑基座1、电机支撑基座3组成，水泵系统6由离心泵的叶轮、蜗壳等部件组成。驱动系统由驱动电机4组成。测试系统由加速度传感器、无线应力应变传感器15、动态压力脉动传感器7、电涡流传感器8和信号采集与数据分析装置9等组成。

蜗壳通过分离解耦支架2安装在蜗壳支撑基座1上，叶轮转子安装在驱动电机4的电机轴上，驱动电机4安装在电机支撑基座3上，且蜗壳支撑基座1和电机支撑基座3相互独立，使蜗壳与驱动电机转子之间物理分离，实现流体激励、机械激励及电磁激励的振动解耦；在蜗壳上布置动态压力脉动传感器7、加速度传感器，在叶轮转子处布置电涡流传感器8、在叶片上布置无线应力应变传感器15以及在电机的轴承处和机脚处布置加速度传感器，并且各传感器连接采集与数据分析装置9，用于分别获取流体激励源的振动传递特性，实现流体激励源的定量特性和依据定量激励源特性分析。

根据试验目的驱动系统可选刚性支撑基座或弹性支撑基座；驱动电机4安装于电机支撑基座3上，水泵系统6中的叶轮等动部件安装于驱动电机4的外伸轴上，泵盖安装于电机下法兰处，蜗壳通过分离解耦支架2（图4）安装于蜗壳支撑基座1上，可实现离心泵流体激励与机械激励及电磁激励物理分离。

如图3所示，解耦后的泵盖与下法兰之间的密封采用迷宫密封10配合O型硅胶圈密封11的双重密封型式，确保分离后静密封的可靠性。

基于以上所述结构，本发明对离心泵流体激励与机械激励及电磁激励特性分离解耦后的测试方法具体步骤如下所述：

1)将驱动电机4固定于电机支撑基座3；将泵盖与电机座紧固联接；安装叶轮；安装O型硅胶密封圈；安装蜗壳，以定位销定位，以联接螺栓紧固联接；拧紧螺栓之前，在蜗壳与电机座之间插入1mm厚辅助金属垫片，保证紧固联接后两者之间留有1mm间隙；安装分离解耦支架2，调节支撑系统，使得分离解耦支架2与水泵系统6中的蜗壳自然联接后用螺栓紧固；拆除蜗壳与电机座之间的所有联接螺栓、定位销和辅助金属垫片；完成安装后低速旋转泵轴，检查装配质量，若发现卡死等异常现象，重复以上步骤，直至满足要求。

2)将第一、二加速度传感器5、14布置于驱动电机6机脚位置，测试电机振动加速度，可分析主要机械激励频率和电磁激励频率。信号中包含主要的激励频率成分有：机械激励即电机转子与叶轮组成的轴系的轴频及其谐波频率；电磁激励即电机电磁频率及其谐波。

3)将第三加速度传感器12布置于电机座下法兰处，在水泵蜗壳对应位置处布置第四加速度传感器13，测试两个位置振动加速度，可通过对比分析两点测试数据，分离机械激励及电磁激励对水泵蜗壳的影响。

4)将动态压力脉动传感器7布置于蜗壳上紧靠第四加速度传感器13附近，可沿蜗壳周向均匀布置，从蜗舌位置开始每隔90°布置一个，测试水泵运转产生的流体激励，此流体激励不受电机等机械因素干扰。且可通过压力脉动数值与第四加速度传感器13测得振动数值对比，分析流体激励引发固体壁面振动的大小。此处测试信号中频率成分主要包括叶频及其谐波频率和水泵的宽频流体激励。

5)将电涡流传感器8固定于电机支撑基座3上，并伸向电机轴外表面，两只电涡流传感器呈90°夹角布置，测试轴系径向位移；将无线应力应变传感器粘贴于叶轮，可避免分析流体激励施加于轴系所带来的影响作用。

6)第一至第四加速度传感器5、12、13、14，电涡流传感器8，无线应力应变传感器15，压力脉动传感器7均与动态数据采集系统9相连。将驱动电机4开启，驱动电机4运转带动叶轮旋转，试验系统运转稳定后可打开动态数据采集系统9开始采集数据，并可根据研究需要调节电机转速、水泵运行参数等，重复步骤2)-5)中的数据采集，进行不同工况下的试验分析。在采集相应时间后，关闭驱动电机4，系统停止运转。

除了将分离解耦支架2安装于蜗壳侧面，也可将分离解耦支架2安装在蜗壳底面等其他部位实现物理分离；除了立式安装，也可卧式安装达到本试验装置所实现的效果。

Claims (7)

1.一种离心泵的解耦试验装置，包括离心泵的蜗壳、位于离心泵的蜗壳内的叶片、叶轮转子、离心泵的驱动电机（4），其特征在于：所述蜗壳通过分离解耦支架（2）安装在蜗壳支撑基座（1）上，叶轮转子安装在驱动电机（4）的电机轴上，驱动电机（4）安装在电机支撑基座（3）上，且蜗壳支撑基座（1）和电机支撑基座（3）相互独立，使蜗壳与驱动电机转子之间物理分离，实现流体激励、机械激励及电磁激励的振动解耦；在蜗壳上布置动态压力脉动传感器（7）、加速度传感器，在叶轮转子处布置电涡流传感器（8）、在叶片上布置无线应力应变传感器（15）以及在电机的轴承处和机脚处布置加速度传感器，并且各传感器连接采集与数据分析装置，用于分别获取流体激励源的振动传递特性，实现流体激励源的定量特性和依据定量激励源特性分析。

2.根据权利要求1所述的离心泵的解耦试验装置，其特征在于：所述离心泵，其泵盖安装于驱动电机的下法兰处，泵盖与下法兰之间的密封型式为迷宫密封（10）配合O型硅胶圈密封（11）的双重密封型式。

3.根据权利要求1所述的离心泵的解耦试验装置，其特征在于：所述电机支撑基座（3）为刚性支撑基座或弹性支撑基座。

4.根据权利要求1所述的离心泵的解耦试验装置，其特征在于：所述驱动电机（4）的机脚位置处布置第一、二加速度传感器（5、14），用于测试电机振动加速度。

5.根据权利要求1所述的离心泵的解耦试验装置，其特征在于：所述驱动电机（4）的下法兰处布置第三加速度传感器（12），在离心泵的蜗壳对应位置处布置第四加速度传感器（13），用于测试两个位置的振动加速度。

6.根据权利要求1所述的离心泵的解耦试验装置，其特征在于：所述动态压力脉动传感器（7）布置于蜗壳上紧靠第四加速度传感器（13）附近，并沿蜗壳周向均匀布置，从蜗舌位置开始每隔90°布置一个，用于测试水泵运转产生的流体激励。

7.根据权利要求1所述的离心泵的解耦试验装置，其特征在于：所述电涡流传感器（8）固定于电机支撑基座（3）上，并伸向电机轴外表面，两只电涡流传感器呈90°夹角布置，用于测试轴系径向位移。