離心泵振動故障判斷及處理措施

韓德東 鮑春榮 劉同玲 閆海 邢河寧

摘要：在油田離心泵的現(xiàn)場運行中，由于電氣、機械、水力等各方面的原因以致離心泵機組產(chǎn)生強烈的振動，從而造成離心泵噪音超標(biāo)、機械密封損壞、基礎(chǔ)松動等多種故障，本文以義和站型號為10SH-6A型污水外輸泵為例，對離心泵產(chǎn)生振動的各種原因進行了詳細的分析，并提出相應(yīng)的改進措施。

關(guān)鍵詞：離心泵；振動；污水處理

一、前言

在油田離心泵的現(xiàn)場運行中，由于電氣、機械、水力等方面的原因致使離心泵機組產(chǎn)生強烈的振動，就機械因素而言主要有以下幾方面原因：電機和泵轉(zhuǎn)動部件質(zhì)量不平衡、安裝質(zhì)量不良、機組軸線不對稱、擺度超過允許值，零部件的機械強度和剛度較差、軸承和密封部件磨損破壞，以及泵臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)與機組固有頻率一致引起的共振等，都會產(chǎn)生強烈的振動和噪音。在水力方面由于水泵進口流速和壓力分布不均勻，泵進出口工作液體的壓力脈動、液體繞流、偏流和脫流，非定額工況以及各種原因引起的水泵汽蝕等，都是常見的引起泵機組振動的原因。水泵啟動和停機、閥門啟閉、工況改變以及事故緊急停機等動態(tài)過渡過程造成的外輸管道內(nèi)壓力急劇變化和水錘作用等，也常常導(dǎo)致泵體和管線產(chǎn)生振動，從而造成離心泵噪音超標(biāo)、機械密封損壞、泵軸彎曲、基礎(chǔ)松動等多種故障 。下面針對10SH-6A型污水外輸泵現(xiàn)場應(yīng)用中所出現(xiàn)的問題進行分析，并提出了相應(yīng)的改進措施。

二、泵體振動造成的影響

義和站10SH-6A型污水外輸泵，流量468m3/h，揚程54m，配用功率110kW。我們運用設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)對污水外輸泵進行了狀態(tài)檢測，根據(jù)狀態(tài)點檢實施指導(dǎo)及設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)，在電動機、水泵的前后軸承處設(shè)置了水平、垂直、軸向共12個測點，經(jīng)檢測泵存在振動和噪音超標(biāo)的問題。

圖2-1 污水外輸泵測點布置示意圖

由于離心泵機組產(chǎn)生強烈的振動，對泵的部分零部件造成了不同程度的損壞。

1.泵基礎(chǔ)及管線支墩的損壞

在泵體強烈振動可能導(dǎo)致泵基礎(chǔ)的斷裂、軸承約束松弛、過大的軸承間隙，地腳螺栓的松動，在基礎(chǔ)出現(xiàn)松動的情況下，除了產(chǎn)生轉(zhuǎn)頻振動外，還會發(fā)生旋轉(zhuǎn)基頻的高次諧波振動及等分數(shù)諧和共振，使任何已有不平衡、不對中所引起的振動問題更加嚴重。

2.機械密封失效

由于泵在運行過程中產(chǎn)生強烈的振動，導(dǎo)致泵機組的竄動量、擺動量、密封端蓋與軸相對位置和撓度等參數(shù)不能達到技術(shù)要求，所以在機械密封更換后運行不久，便出現(xiàn)了不同程度的損壞，造成泵軸端漏失嚴重，隨后又更換為填料密封。

三、泵體振動原因解析

由于轉(zhuǎn)子、軸承、殼體、聯(lián)軸器、密封和基礎(chǔ)等部分的結(jié)構(gòu)加工及安裝方面的缺陷，使離心泵系統(tǒng)在運行中會產(chǎn)生振動，而強烈的振動又往往是系統(tǒng)部件損壞的主要原因。一般常見的故障有聯(lián)接不對中、轉(zhuǎn)子不平衡、泵軸彎曲及部件松動等，所以弄清這些故障形成的機理并掌握它們各自的振動特性是進行故障診斷的前提。

1.聯(lián)軸器的安裝誤差

聯(lián)軸器用于驅(qū)動軸和泵軸的連接，以傳遞運動與轉(zhuǎn)矩，在其安裝過程中，經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸不對中的情況：有沿徑向的平行位移誤差和相互之間的角位移誤差。在泵類設(shè)備運行過程中，勢必會造成泵軸及其支撐部件的周期性變形，出現(xiàn)軸系的強迫振動，加劇了支撐軸承的磨損和密封裝置的失效。

目前污水外輸泵采用了彈性套柱銷聯(lián)軸器，其具有良好的彈性滯后性能，在工作過程中，通過蛹狀的彈性套傳遞扭矩，在一定程度上具有緩沖減振的作用，補償了兩軸間的相對位移，但聯(lián)軸器的彈性套容易磨損老化，使用壽命比較短，在彈性套磨損后，聯(lián)軸器對中情況發(fā)生變化，從而造成軸系的強迫振動。

2.轉(zhuǎn)子不平衡

由于機械材料內(nèi)部組織密度不均或毛坯缺陷、加工及裝配中產(chǎn)生的誤差，以及設(shè)計時具有的非對稱的幾何形狀等多種因素，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，其“重心”產(chǎn)生一個離心力作用在軸承上，該力的大小隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而變化。不平衡的類型有3種：靜不平衡、偶不平衡和動不平衡。任何回轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時，這種離心力作用在回轉(zhuǎn)體上，使其產(chǎn)生彎曲變形。

泵軸作為泵的核心部件，不但支撐著所有套裝在軸上的零部件，而且通過軸傳遞扭矩。軸因長期使用或拆卸保養(yǎng)不不到位而發(fā)生彎曲，特別是細而長的軸更容易彎曲，故新軸或舊軸在拆下后應(yīng)進行檢查，泵軸允許跳動值如表3-2所示

3.機械部件的松動

軸承磨損可能會導(dǎo)致出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)松動，此故障在檢測時首先會測到軸承磨損的跡象，然后才能出現(xiàn)軸承松動。在大多數(shù)情況下，其垂直方向上的振動要高于水平方向上的振動。對于結(jié)構(gòu)松動（彈性地基）非旋轉(zhuǎn)松動，離心泵與基礎(chǔ)之間的松動會使其最剛性方向上的振動升高，通常在水平方向上，同時還取決于離心泵的安裝和布局方式。松動既可能導(dǎo)致機器的其他故障也可能因其它故障所引起，機械部件的磨損變形、軸系的不對中、不平衡等與機械部件的松動都是相互影響。

四、解決措施

1.提高離心泵安裝精度

利用百分表及表架或其他找正工具及時測量兩聯(lián)軸器的不同心及不平行情況，由于污水外輸泵是用于輸送一定溫度的液體，所以在聯(lián)軸器安裝對中時應(yīng)該使設(shè)備處于運行溫度狀態(tài)，從而防止隨溫度變化而產(chǎn)生的伸縮誤差。

2.實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)

狀態(tài)監(jiān)測是設(shè)備預(yù)防保養(yǎng)中重要的一環(huán)，以軸承為監(jiān)控焦點，因為它是所有泵機組中最重要的旋轉(zhuǎn)零件，要求泵機組的運行操作人員必須對軸承的故障信號保持高度的警覺，并通過先進的監(jiān)測系統(tǒng)和儀器，及時監(jiān)測軸承運行狀態(tài)，早期檢測出軸承破壞以避免由于軸承破壞所造成的非計劃性設(shè)備停機。

3.離心泵基礎(chǔ)加固

我們對離心泵基礎(chǔ)進行了重新設(shè)計，在基礎(chǔ)設(shè)計時要求底面的形心和整個泵機組的形心力求重合，每邊偏差小于5%，地腳螺栓必須恰當(dāng)和正確地固定在混凝土地基中，同時加大了基礎(chǔ)的底面積和重量。

4.加強生產(chǎn)運行管理，做好離心泵運行記錄和保養(yǎng)

平穩(wěn)控制污水罐液位和污水外輸量，保持泵的工作點處在穩(wěn)定狀態(tài)，防止“喘振”現(xiàn)象的發(fā)生，同時做好泵的運行記錄。包括運行小時數(shù)、密封的調(diào)整和更換、更換或添加潤滑劑以及其它維護措施。這些數(shù)據(jù)對于抽吸和排放壓力、流量、輸入功率和軸承的溫度以及振動和噪音的定期測量提供重要的依據(jù)。

參考文獻：

[1]盧慧春，油田輸油離心泵振動致使機械密封失效的解決措施[J].機械研究與應(yīng)用.2005（4）

[2]裴峻峰等.機械故障診斷技術(shù)[M].東營：石油大學(xué)出版社，1997.