深谈离心泵机械密封振动的因素

　　1.泵自身构体引起的振动

　　离心泵是由轴、轴承及安装在轴上的叶轮，驱动装置(如电机、汽轮机、燃气轮机驱动等)构成的。泵轴振动、转子不平衡、驱动轴不同心、轴承缺陷、叶片及轴上其他部件松动等，都有可能引起振动。使用振动监测装置可以测得单个振动频率，用于分析这些振源类型。

　　离心泵装在泵轴上的机械密封有不同的振动频率，低时可在泵转速以下，高时可达每秒数千次。如果振动频率刚好与机械密封中的弹性元件固有频率相同，就可造成摩擦副磨损加快或疲劳损伤。当然这种损伤还有其他因素。所以在设计或选型时，必须保持可预测的共振频率不要与激励频率重合，应采取可靠减振措施，设计的临界转速不能与工作转速相距太近;在操作温度下，将安装误差减至较小，因为这些误差会导致密封弹性装置的位移;转子要充分平衡;垂直安装轴上的轴承，其承受的载荷应使滚动件打滑的可能性减至较小。

　　需要说明的是：

　　(1)机械密封的弹性元件(包括单弹簧和多弹簧)，弹簧本身可承受大部分振动载荷，辅助密封也有一定减振效果，如楔形环、O形圈、膨胀石墨等;

　　(2)对于支承在弹簧上的质量较小的密封，如石墨密封环的结构，其固有频率相对较大;

　　(3)支承在低弹性弹簧上的质量较大的密封，其固有频率相对较小，且腔体内压力较低情况下出现共振可能性较小，金属波纹管型密封根据不同的强度设计，其弹性有高有低;

　　(4)由于没有滑动的辅助密封，所以依靠密封端面上的液膜或液体减振，当然也可以设计带滑动的辅助密封，提高它的稳定性和刚性;

　　(5)大多数机械密封的固有频率都远高于正常的操作转速，对于金属波纹管型机械密封，要特别注意避免轴向共振，异常振动会加剧波纹管疲劳断裂。如泵轴上轴承的轴向游隙调整不当就容易出现这现象。

　　另外根据密封环材料的不同，特别是当采用碳化钨类高密度材料时，更应注意共振问题。因此，当支承在弹性元件的密封环需要采用硬质材料时，条件允许情况下一般都选用密度相对较低的碳化硅、陶瓷等材料。

　　2.在正常及扰动条件下产生的振动

　　泵运行时，其转子及机械密封会受到液力振动影响，当流量发生变化时，叶轮入口处液体会产生波动，若不是在较佳效率下运行，叶轮入口及扩压管处的流体压头会增大。低于或高于较佳效率点的流量时，或输送介质无法达到泵的气蚀余量时，都可能产生气蚀现象，则密封激振就更明显。另外，入口处介质的流动还会受到泵内介质自循环的干扰。

　　转子系统的振动及作用在密封上压力状况的变化，所引起的振动的振幅和频率是随机的。在设计系统和选择泵时，应使其在较佳效率状态下运行，保持泵在负压情况下工作稳定，即保持泵有足够气蚀余量，防止介质在机械密封的表面气蚀产生激振。

　　3.温度及压力变化使泵变形而产生的振动

　　泵运行过程中，温度发生变化时，泵的各部件会产生热变形，这时泵相对于驱动装置会发生偏移，引起机械密封振动。此外，温度对壳体和转子的影响程度不一样，一般情况下，转子要比壳体变化迅速。当运行温度波动时，密封除了要承受部件错位产生的振动外，还要承受低频率大振幅的振动。由于机械密封的一侧固定在壳体上，而另一端固定在转轴上，所以必须有吸收这两种不同振动的能力。

　　压力也能使泵体变形，从而多机械密封产生干扰。当密封腔内压力发生变化时，作用在密封端面上的载荷也会随之发生变化，从而产生突变载荷引起振动。

　　4.制造安装原因产生的振动

　　密封端面粗糙度过大，不能保持很好的贴合性，密封的稳定性就会受到影响，影响程度不仅取决于密封的具体结构，而且取决于密封运行参数。密封每旋转一周其补偿环都要作相应的运行，从而保持密封端面的贴合性。对于滑动辅助密封件，如O形圈或楔形环，密封面上的载荷沿圆周变化，应尽量防止不受载荷的一侧发生泄漏，受载荷的一侧出现过度磨损的现象。泄漏会使流体的杂粒渗到端面液膜中，从而加速密封端面磨损。

　　密封件在加工过程中，一般不能用机械方法加以平衡。在设计中要尽量减少不平衡因素，如单弹簧就会造成不平衡，特别是在制造粗糙的动环或向密封件传递的动力具有“尾随脉冲”情况时，更应注意不平衡问题。

　　在采用内装式机械密封时，作用在密封上的冲击力常常是由泵送介质的自循环造成的。为稳定密封性能，自循环液体应从两密封端的外侧通过。若流量过大，则作用在密封环上的冲击力可能会使密封端错位，其后果自然是振动。

　　为减轻振动的影响，可以使自循环流体，由切向入口;如有可能，循环流量可以通过密封腔内衬套的配合间隙加以控制，或者将密封腔内的吸入管和排出管反接，使流向改变而形成逆循环。后一种方法常在立式泵中采用，因为它同时解决了密封腔上部的排气问题;但是，这常被人们所忽视，甚至在卧式泵的设计中，密封腔内由于逆循环产生的压差而会显著改善密封效果。

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