Почему гидравлический насос сильно вибрирует?

Почему гидравлический насос сильно вибрирует?

Сильная вибрация гидравлических насосов в гидравлических системах — это распространённая, но сложная проблема при техническом обслуживании оборудования. Эта сильная вибрация не только создаёт раздражающий шум, но и ускоряет износ компонентов, вызывает ослабление соединений труб или даже их растрескивание, а в тяжёлых случаях приводит к выходу из строя гидравлических компонентов, что влияет на безопасность и эффективность производства. Вибрация насосов нередка на строительных объектах, и её последствия нельзя недооценивать. Поэтому понимание причин сильной вибрации насосов и своевременное устранение неисправностей особенно важно для инженеров по гидравлическим системам и персонала по обслуживанию оборудования. Ниже мы проанализируем причины сильной вибрации насосов с точки зрения технических принципов, а также рассмотрим практическое применение шестерённых, пластинчатых и поршневых насосов

 

 

• Проникновение воздуха и явление кавитации

 

Когда воздух попадает в гидравлическую систему, сжимаемость гидравлического масла уменьшается, что часто вызывает кавитацию и приводит к нерегулярным сильным вибрациям во время работы гидравлического насоса. Кавитация — это быстрое разрушение пузырьков, образовавшихся в масле, когда они попадают в зону высокого давления, создавая локальные удары. Кавитация не только заставляет насос издавать резкий шум, но и разрушает металлические поверхности, оставляя пористые углубления, что дополнительно усиливает вибрацию и повреждение оборудования. Пути проникновения воздуха включают: утечки в линии всасывания масла, низкий уровень масла в гидробаке, конец сливной трубы, не погружённый под поверхность масла, и плохую герметизацию корпуса насоса. Когда плоскостность корпуса шестерёнчатого насоса и его торцевой крышки недостаточна или маслоуплотнение износилось, во время работы происходит подсос воздуха. Пластинчатые насосы из-за более слабой способности к самовсасыванию по сравнению с шестерёнчатыми насосами (особенно насосы малой производительности) требуют особого внимания к плавности подачи масла и целостности уплотнений. Поршневые насосы также чувствительны к подсосу воздуха на стороне всасывания при высоких эксплуатационных нагрузках; если воздух попадёт внутрь и вызовет перебои в подаче масла, это может привести к сильному кавитационному удару и вибрации. Поэтому крайне важно обеспечивать хорошую герметичность и правильный уровень масла в гидравлической системе. Если подозревается кавитация, можно определить её по звуку и показаниям манометра: если стрелка манометра резко и сильно колеблется, сопровождаясь звуком «шипения», это часто указывает на кавитацию, вызванную плохим всасыванием масла, и необходимо немедленно проверить всасывающий патрубок насоса и фильтр на наличие засорения или утечки воздуха.

 

• Сложности с поглощением масла и ненадлежащие условия работы.

 

Ненадлежащие условия работы гидравлических насосов также могут привести к сильному вибрированию, при этом две распространенные ситуации — это когда насос не может получить достаточное количество масла и работает с перегрузкой. Когда скорость гидравлического насоса слишком высока, процесс всасывания масла может не успевать за темпом его вытеснения, что приводит к недостаточному всасыванию масла, создавая частичный вакуум на входе в насос и сопровождается колебаниями давления, в конечном итоге вызывая сильное вибрирование насоса. Проще говоря, если насос вращается слишком быстро, но не может подавать масло, он работает «вхолостую» и вызывает вибрацию. Особенно это характерно для шестеренных насосов: при высокоскоростной работе, если всасывание масла происходит несвоевременно, межзубовое герметичное пространство будет многократно испытывать быстрое повышение давления и внезапное разрежение, вызывая сильную вибрацию и шум. По этой причине на конструкции шестеренных насосов обычно фрезеруются разгрузочные канавки для уменьшения воздействия, вызванного захватом масла зубьями. Другой случай — работа гидравлической системы с перегрузкой, когда насос работает длительное время при давлении или расходе, превышающих расчетные значения, что приводит к аномальным напряжениям во внутренних компонентах и вызывает общую вибрацию оборудования. Когда плунжерный насос резко изменяет режим при высоком давлении и большом расходе, если производительность всасывания не успевает за этим процессом, также может возникнуть кратковременное «разделение жидкостного столба», вызывающее сильные ударные вибрации. Кроме того, изменения температуры и вязкости гидравлического масла также могут влиять на способность всасывания масла: высокая вязкость масла при низких температурах увеличивает сопротивление всасыванию, из-за чего насосу трудно своевременно засасывать достаточное количество масла; если масло становится слишком жидким при высоких температурах, это может привести к парообразованию (преждевременному испарению масла). Все эти факторы затрудняют всасывание масла насосом и провоцируют вибрацию. В инженерной практике следует избегать длительной работы насосов со скоростью или нагрузкой, превышающими номинальные значения. При необходимости можно снизить скорость или использовать дополнительную подачу масла, а также необходимо обеспечить подходящую температуру гидравлического масла. В системах пластинчатых и плунжерных насосов иногда устанавливают вспомогательные масляные насосы или аккумуляторы, чтобы гарантировать потребность насоса в масле при высокочастотной работе и предотвратить вибрацию из-за недостаточной подачи масла.

 

• Вязкость масла и факторы загрязнения.

 

Избыточная или недостаточная вязкость гидравлического масла может вызвать аномальную вибрацию при работе гидравлического насоса. Когда вязкость слишком высока (например, запуск при низких температурах или использование масла с высоким классом вязкости), возрастает сопротивление потоку масла, и всасывание на входе насоса становится нестабильным, что может привести к образованию местного вакуума, кавитации и вибрации. Напротив, низкая вязкость (например, высокая температура масла или использование слишком жидкого масла) приводит к утоньшению масляной пленки, увеличению внутреннего трения в насосе и плохой смазке компонентов, что вызывает износ и аномальную вибрацию. Поэтому необходимо выбирать гидравлическое масло с подходящим уровнем вязкости в соответствии с условиями эксплуатации оборудования и поддерживать температуру системы в пределах нормального диапазона. Кроме того, чистота масла также имеет решающее значение для бесперебойной работы насоса. Загрязнители могут ускорить износ насоса и даже вызвать заклинивание подвижных деталей, что приведет к вибрации и шуму. В пластинчатых насосах зазоры между прецизионными деталями малы, поэтому они особенно чувствительны к загрязнению масла; как только примеси нарушают свободное движение лопастей, это вызывает нестабильное давление на выходе насоса и вибрацию. Если такие частицы, как металлическая стружка, попадут в шестеренный насос, это может привести к царапинам на поверхности зубьев, эксцентричному износу шестерен и возникновению шума и вибрации, напоминающих скрежет зубьев во время работы. Плунжерный насос предъявляет самые высокие требования к чистоте масла, и даже мелкие частицы могут ускорить износ плунжера и цилиндрического отверстия, вызывая пульсацию давления и вибрационные неисправности. Поддержание чистоты гидравлического масла позволяет значительно снизить такие риски. Регулярная замена фильтрующих элементов и контроль качества масла для предотвращения ухудшения вязкости и чрезмерного загрязнения являются повседневными задачами персонала по техническому обслуживанию оборудования.

 

• Механическая установка и конструкционные вопросы:  

 

Установка и внутренние конструктивные факторы гидравлических насосов также могут вызывать сильное вибрационное воздействие. Во-первых, неправильная установка. Если вал привода гидравлического насоса не совмещен с осью двигателя или муфта установлена некачественно, во время работы насоса возникают дополнительные механические напряжения и эксцентриковые силы, что вызывает сильную вибрацию рамы. Многие случаи на практике показали, что даже незначительное несоосное расположение может привести к подпрыгиванию насоса при высокой скорости вращения, что вызывает раннее повреждение уплотнений и износ подшипников. При правильной установке необходимо использовать муфту для выравнивания осей и надежно закрепить опору насоса. При необходимости следует добавить вибропоглощающие прокладки. Во-вторых, причиной вибрации могут быть изготовление или износ внутренних компонентов насоса. Например, шестеренные насосы с низкой точностью зубчатых колёс, малым зазором между зубьями или изношенными подшипниками могут нарушать баланс работы и создавать значительную вибрацию и шум. Сам по себе шестерённый насос имеет принципиальный недостаток — радиальную неуравновешенную силу, которая создаёт переменные нагрузки на подшипники и корпус, и особенно склонен к вибрациям при неправильном проектировании и сборке. Если во внутренней поверхности статора лопастного насоса имеется местный износ или недостаточная упругость лопастей, это также может вызвать неравномерное усилие на лопасти, приводя к вибрации при вращении. Плунжерный насос содержит несколько быстроходных возвратно-поступательных компонентов. Если отдельные плунжеры или скользящие башмаки изношены или ослаблены, могут возникать удары и пульсация потока, проявляющиеся как общая вибрация. Кроме того, ослабленные болты, крепящие насос и трубопроводы, а также недостаточная жёсткость опорной основы могут усиливать мелкие вибрации при нормальной работе, в результате чего невооружённым глазом наблюдается явная «сильная тряска». Поэтому при техническом обслуживании оборудования необходимо проверять состояние муфт, крепёжных элементов и внутренних деталей насоса, своевременно устраняя неисправности и заменяя проблемные компоненты.

 

Предложение инженера

По вопросу сильного вибрации гидравлических насосов инженеры предоставляют следующие рекомендации для ознакомления:

 

Своевременно проверяйте наличие кавитации и утечки воздуха: при наличии необычного шума или сильных колебаний стрелки манометра в первую очередь необходимо проверить, не заблокирован ли фильтрующий элемент на всасывании, цел ли уплотнитель соединения всасывающей трубы, не низок ли уровень масла в баке и погружена ли труба слива масла под уровень масла. Устранение источников попадания воздуха может эффективно снизить вибрацию гидравлического насоса. При необходимости обеспечьте достаточное давление подачи масла на входе насоса (например, установив дополнительный насос подкачки или повысив высоту топливного бака), чтобы предотвратить кавитацию.

 

Рационально контролировать рабочие параметры: соблюдать номинальные значения скорости и давления гидравлического насоса, избегать длительной работы на повышенных оборотах и с перегрузкой. Для насосов с ограниченной способностью к самовсасыванию, таких как шестерёнчатые насосы, рекомендуется прогревать оборудование на холостом ходу при низких температурах, чтобы снизить вязкость масла перед работой под полной нагрузкой, предотвращая вибрации, вызванные затруднённым всасыванием масла. В системах с несколькими насосами можно рассмотреть возможность использования параллельного аккумулятора для стабилизации пульсаций давления и снижения воздействия быстрых действий на насос.

 

Выбирайте подходящее масло и регулярно проводите техническое обслуживание: подбирайте гидравлическое масло с соответствующим классом вязкости в зависимости от температуры окружающей среды, чтобы избежать чрезмерной вязкости или слишком жидкого состояния масла, что может повлиять на всасывание и смазку насоса. Регулярно заменяйте или фильтруйте масло для сохранения его чистоты. Особенно важно строго соблюдать план фильтрации и замены масла на оборудовании с лопастными и плунжерными насосами, чтобы предотвратить попадание загрязнений и возникновение вибрационных неисправностей.

 

Проверка установки и состояния деталей: убедитесь, что валы гидравлического насоса и двигателя хорошо отцентрированы, установка муфты соответствует требованиям, а также регулярно подтягивайте анкерные болты насоса и опоры трубопроводов. Если внутри насоса обнаружены признаки аномального износа или ослабленные детали, своевременно выполните ремонт или замену. Для шестерённых насосов следует проверить износ шестерён и подшипников; для лопастных насосов — правильность посадки лопасти и статора; для плунжерных насосов необходимо обратить внимание на износ плунжера, скользящих башмаков и наклонной пластины. Диагностику оборудования следует проводить последовательно, переходя от внешних элементов к внутренним, от простых к сложным, чтобы своевременно выявлять неисправности и предотвращать их возникновение.

 

 

Из приведённого выше анализа видно, что «почему гидравлические насосы сильно вибрируют» — это не неразрешимая загадка. К числу типичных причин относятся кавитация, затруднённое всасывание масла, неподходящие условия работы, проблемы с маслом и факторы монтажа оборудования. Для специалистов в области гидравлики знание этих принципов и принятие профилактических мер необходимо для эффективного снижения шума и вибрации шестерёнчатых насосов, увеличения срока службы оборудования и обеспечения стабильной и эффективной работы гидравлических систем. При возникновении аномальной вибрации гидравлического насоса рекомендуется проверить вышеуказанные пункты для диагностики неисправностей оборудования. Мы уверены, что это поможет вам быстро определить причину, правильно назначить лечение и решить проблему.