Was sind die häufigsten Vibrationsfehlermodi horizontaler Kreiselpumpen?

Horizontale Kreiselpumpen spielen eine entscheidende Rolle in der industriellen Produktion und Vibrationen sind ein zentraler Indikator für ihren Betriebszustand und ihre Zuverlässigkeit. Abnormale Vibrationen beschleunigen nicht nur den Verschleiß kritischer Komponenten wie Lager, mechanische Dichtungen und Kupplungen, sondern können auch zu unerwarteten Ausfallzeiten führen.

1. Mechanische Fehlermodi

Mechanische Fehler sind die häufigste und zerstörerischste Vibrationsquelle bei Kreiselpumpen. Seine Eigenschaften treten häufig bei harmonischen Frequenzen der Rotorgeschwindigkeit (1X), der doppelten Geschwindigkeit (2X) oder höher auf.

1.1 Unwucht

Unwucht wird durch eine ungleichmäßige Massenverteilung im Laufrad, der Kupplung oder der Pumpenwelle selbst verursacht.

Ursachen: Gussfehler, ungleichmäßiger Verschleiß, asymmetrische Keile oder Keilnuten oder Korrosion/Verschmutzung des Laufrads im Langzeitbetrieb.

Vibrationseigenschaften: Die Vibrationsenergie konzentriert sich hauptsächlich auf die Frequenz mit der 1-fachen Geschwindigkeit, die Amplitude ist typischerweise groß und die Vibrationsrichtung (radial) ist stabil.

Auswirkung: Dies führt dazu, dass während der Drehung der Pumpenwelle periodische Zentrifugalkräfte erzeugt werden, die diese kontinuierlich auf die Lager ausüben und den Lagerermüdungsausfall beschleunigen.

1.2 Fehlausrichtung

Unter Fehlausrichtung versteht man die Abweichung der Mittellinie oder des Winkels zwischen dem Antrieb (z. B. Motor) und der Pumpenwelle.

Typen: Parallelversatz und Winkelversatz werden wie folgt klassifiziert.

Vibrationseigenschaften: Das typischste Merkmal ist ein deutlicher Anstieg der Vibrationsenergie bei 2-facher Drehzahlfrequenz, obwohl auch 1-fache und 3-fache Frequenzen auftreten können. Die radiale Fehlausrichtung kann bei der 2-fachen Drehzahlfrequenz größer sein, während die Winkelfehlausrichtung sowohl bei der 1-fachen als auch bei der 2-fachen Frequenz hoch ist.

Aufprall: Dies führt während der Rotation zu periodischen Biege- und Spannungsänderungen in der Kupplung und erzeugt erhebliche Reaktionskräfte, die die Kupplung, Lager und mechanischen Dichtungen ernsthaft beschädigen können.

1.3 Lagerfehler

Lager sind kritische Komponenten, die radialen und axialen Kräften standhalten. Ihr Ausfall ist eine der Hauptursachen für Geräteausfälle.

Schwingungseigenschaften: Lagerfehler treten nicht bei der 1-fachen oder 2-fachen Frequenz auf, sondern erzeugen stattdessen einzigartige hochfrequente Schwingungen, die als charakteristische Lagerfrequenzen bezeichnet werden. Zu diesen Frequenzen gehören die Frequenzen Innenring (BPFI), Außenring (BPFO), Kugel/Rolle (BSF) und Käfig (FTF).

Entwicklungsstadium: Fehler im Frühstadium können sich als hochfrequentes Zufallsrauschen manifestieren; in der Mittelstufe treten ausgeprägte tragende Eigenfrequenzen und deren Harmonische hervor; Im Spätstadium werden diese Frequenzen überfordert und manifestieren sich als breitbandige hochfrequente Schwingungen.

1.4 Lockerung des Fundaments und Strukturresonanz

Lockerheit und Resonanz des Fundaments sind „unsichtbare Killer“ bei der Vibrationsdiagnose von Kreiselpumpen.

Mechanische Lockerheit: Lockere Ankerbolzen, unebene Grundplatten oder zu großes Spiel zwischen Lagersitz und Grundplatte.

Schwingungseigenschaften: Sie manifestieren sich typischerweise als eine Reihe harmonischer Schwingungen bei den Frequenzen 1-, 2- und 3-facher Geschwindigkeit, oft mit dem Vorhandensein von Frequenzen mit halber Geschwindigkeit (0,5-fach) oder noch komplexeren Subharmonischen, und sind typische Anzeichen für nichtlineare mechanische Lockerheit.

Strukturresonanz: Tritt auf, wenn sich die Betriebsfrequenz der Pumpe (1X) der Eigenfrequenz der Pumpe oder des Rohrleitungssystems nähert.

Auswirkung: Führt zu einer dramatischen Verstärkung der Vibrationsamplitude, wobei selbst geringfügige Unwuchten oder Fehlausrichtungen erhebliche Vibrationen verursachen.

2. Hydraulische Fehlermodi

Hydraulikausfälle werden durch Änderungen des Flüssigkeitsdurchflusses oder -drucks verursacht und hängen eng mit dem Betriebspunkt der Pumpe zusammen.

2.1 Kavitation

Kavitation ist das Phänomen der Blasenbildung und des Zusammenbruchs, das dadurch verursacht wird, dass der Druck auf der Saugseite der Pumpe unter den Sättigungsdampfdruck der gepumpten Flüssigkeit fällt.

Vibrationseigenschaften: Es wird ein einzigartiges, zufälliges Breitbandgeräusch erzeugt, wobei die Vibrationsenergie im Hochfrequenzbereich verteilt wird und sich anhört, als würden Steine ​​im Pumpenkörper rollen oder brechen.

Auswirkung: Kavitation verursacht schwere Lochfraßschäden am Laufradmaterial, was zu einem starken Abfall der Förderhöhe und des Wirkungsgrads führt.

2.2 Druckstoß und Rezirkulation

Hydraulische Instabilität kann auftreten, wenn eine Kreiselpumpe unter oder über ihrer Auslegungsförderrate (BEP) arbeitet, insbesondere bei geringen Förderströmen.

Rezirkulation: Bei geringem Durchfluss kann Flüssigkeit am Laufradeinlass oder -auslass zurückfließen und einen hydraulischen Schock verursachen.

Druckstoß: Bei manchen Kreiselpumpen oder Mehrpumpen-Parallelsystemen können im Betrieb mit geringem Durchfluss große, periodische Druck- und Durchflussschwankungen auftreten.

Vibrationseigenschaften: Manifestiert sich typischerweise als niederfrequente Vibration, typischerweise unter dem 1-fachen der Drehzahl, oder als breitbandiger niederfrequenter Energieaufbau. Diese Vibration übt zyklische Stoßbelastungen auf die Lager aus.

2.3 Blade Pass Frequency (BPF)

BPF ist die Druckpulsation, die durch die periodische Störung der Flüssigkeit verursacht wird, wenn die Laufradschaufeln durch das Spiralschnittwasser oder die Diffusorschaufeln strömen.

Berechnung: BPF = Geschwindigkeit × Anzahl der Rotorblätter.

Schwingungseigenschaften: Die Schwingungsenergie ist im BPF und seinen Harmonischen konzentriert.

Auswirkung: Obwohl es sich normalerweise um ein normales Betriebsphänomen handelt, weist eine zu hohe BPF-Amplitude darauf hin, dass das Spiel (radiales Spiel) zwischen der Spiralzunge und dem Außendurchmesser des Laufrads nicht richtig konstruiert oder stark abgenutzt ist oder dass ein hydraulisches Anpassungsproblem zwischen Laufrad und Spirale vorliegt.