離心泵振動(dòng)常見原因分析及預(yù)防措施

白英杰

（中國(guó)石油大慶石化公司腈綸廠，黑龍江大慶 163714）

0 引言

離心泵主要由泵體、泵頭、支架、泵軸、聯(lián)軸器、葉輪、軸承、機(jī)封或盤根等零部件組成，振動(dòng)是評(píng)價(jià)離心泵運(yùn)行可靠性的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，引起機(jī)泵振動(dòng)的因素較多，通常包括離心泵轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)不平衡，泵軸同軸度偏差大及對(duì)中不好，地腳螺栓未完全緊固，各零部件裝配間隙不當(dāng)產(chǎn)生碰擦，管道附加與殘余應(yīng)力作用，工藝操作波動(dòng)或抽空等，各種因素可能單一作用于機(jī)泵上，也可能多種因素組合作用于機(jī)泵上，其引起振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)和振動(dòng)大小也不相同，需要及時(shí)采取措施，使其運(yùn)行在可靠的允許振動(dòng)范圍內(nèi)，將對(duì)機(jī)泵的損害降到最低。

1 離心泵振動(dòng)超標(biāo)的危害

根據(jù)SHS 01003—2004《石油化工旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》，可將離心泵振動(dòng)烈度評(píng)定等級(jí)劃分為4個(gè)區(qū)域，即A，B，C，D，A區(qū)為優(yōu)秀狀態(tài)，B區(qū)為合格狀態(tài)，C區(qū)為不合格狀態(tài)，D區(qū)為不允許狀態(tài)，當(dāng)離心泵振動(dòng)到達(dá)C區(qū)和D區(qū)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)，并對(duì)機(jī)泵產(chǎn)生一定危害。①導(dǎo)致離心泵不能正常運(yùn)行：②引起管路或電機(jī)振動(dòng)，影響其壽命；③造成機(jī)封、軸承或油封等損害；④使地腳螺栓、聯(lián)軸器螺栓等松動(dòng)；⑤造成基礎(chǔ)裂縫或破損；⑥造成管路閥門、濾器等損壞；⑦產(chǎn)生噪聲，損害員工身心健康；⑧嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成設(shè)備損傷或損壞。

2 離心泵振動(dòng)原因分析

結(jié)合離心泵結(jié)構(gòu)形式、工作原理及操作工況，分析引起機(jī)泵振動(dòng)的原因主要有7個(gè)。

2.1 泵軸原因

（1）離心泵轉(zhuǎn)子軸多為帶多級(jí)臺(tái)階的細(xì)長(zhǎng)直軸，其運(yùn)行撓度較大，易出現(xiàn)局部剛度不足和整體同心度偏差大等情況，引起泵軸和軸承、直口等部位碰磨，產(chǎn)生振動(dòng)。

（2）葉輪和轉(zhuǎn)子的重量附加在泵軸上，當(dāng)機(jī)泵長(zhǎng)時(shí)間停車時(shí)，使泵軸受一個(gè)方向作用力，引起泵軸彎曲，再次使用時(shí)，葉輪、軸承及泵軸等傳動(dòng)部件會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)不平衡，使葉輪與泵體和隔板發(fā)生摩擦，便會(huì)出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)。

（3）泵軸較長(zhǎng)，葉輪受輸送介質(zhì)沖擊影響，會(huì)使泵軸負(fù)荷加大，造成振動(dòng)。

（4）軸端與葉輪、聯(lián)軸器連接間隙過大，引起軸向工作竄動(dòng)量動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)不當(dāng)，造成泵軸過量竄動(dòng)，引起軸承振動(dòng)。

2.2 聯(lián)軸器原因

（1）聯(lián)軸器采用吸振性較差的剛性或半剛性連接結(jié)構(gòu)，無法有效減振，引起振動(dòng)。

（2）聯(lián)軸器連接螺栓與螺栓孔徑向間隙不足或過大，造成聯(lián)軸器對(duì)稱性破壞，產(chǎn)生振動(dòng)。

（3）聯(lián)軸器采用加長(zhǎng)工字節(jié)連接，易出現(xiàn)同心度下降，產(chǎn)生偏心力，造成振動(dòng)。

（4）聯(lián)軸器端面加工尺寸及精度不足，本體自身或與泵軸出現(xiàn)端面配合不良，間隙太大，出現(xiàn)振動(dòng)。

（5）聯(lián)軸器靜平衡或動(dòng)平衡不良，增加了振動(dòng)。

2.3 葉輪原因

（1）葉輪質(zhì)量分布不均勻，如鑄造質(zhì)量不合格，加工精度不足，介質(zhì)氣蝕或腐蝕葉輪，流道腐蝕等，均會(huì)使葉輪質(zhì)量分布不均，出現(xiàn)偏心，產(chǎn)生振動(dòng)。

（2）所選葉輪不適應(yīng)所用工況，如葉輪閉式、半閉式或開式結(jié)構(gòu)，葉片數(shù)量，流道數(shù)量，流體切線等，不適用工藝工況，也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

（3）運(yùn)行中，葉輪口環(huán)和泵體之間、葉輪和隔板間隙、葉輪和軸套端面間隙等不當(dāng)，均會(huì)產(chǎn)生摩擦和碰撞，引起振動(dòng)。

2.4 泵基礎(chǔ)原因

（1）機(jī)泵和電機(jī)混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度不符合設(shè)計(jì)及工況要求，基礎(chǔ)混凝土配比和牌號(hào)較低，或未按規(guī)定加設(shè)鋼筋網(wǎng)，易產(chǎn)生破壞性變形，使用時(shí)，出現(xiàn)振動(dòng)。

（2）機(jī)泵和電機(jī)地腳螺栓強(qiáng)度不符合工況要求，易產(chǎn)生過塑性或破壞性變形，使用時(shí)，出現(xiàn)振動(dòng)。

（3）機(jī)泵和電機(jī)與鋼結(jié)構(gòu)支架接觸面切合不實(shí)或固定形式不合理，存在過大間隙，運(yùn)行時(shí)，吸收、傳遞及隔離振動(dòng)能力差，引起振動(dòng)超標(biāo)。

（4）基礎(chǔ)地腳螺栓松動(dòng)，整體性差，引起約束剛度降低，使機(jī)泵振動(dòng)加劇。

2.5 管線及安裝原因

（1）泵進(jìn)出口管線、管托支架強(qiáng)度和剛度不足，時(shí)間長(zhǎng)，變形過大，使管線及附加介質(zhì)的重量集中壓在泵體上，造成機(jī)泵和電機(jī)軸向?qū)χ行宰儾罨蚱模\(yùn)行產(chǎn)生振動(dòng)。

（2）管線在安裝時(shí)，存在野蠻作業(yè)，泵體和管線法蘭間有殘余內(nèi)應(yīng)力，或機(jī)泵進(jìn)出管線法蘭松動(dòng)，約束剛度降低或失效，使用時(shí)，出現(xiàn)振動(dòng)。

（3）輸送介質(zhì)存在較大顆粒雜質(zhì)或管線內(nèi)壁腐蝕掉渣，雜質(zhì)或掉渣進(jìn)入泵葉輪流道內(nèi)，堵塞流道，產(chǎn)生憋壓，引起振動(dòng)。

（4）輸送介質(zhì)氣液夾帶嚴(yán)重，易造成泵內(nèi)氣縛，高溫摩擦，產(chǎn)生振動(dòng)。

（5）進(jìn)出口管線閥門不能有效開啟，存在壓力阻聚，流場(chǎng)不暢，壓力波動(dòng)，造成振動(dòng)。

2.6 軸承及潤(rùn)滑原因

（1）機(jī)泵和電機(jī)軸承選型或裝配方式不合適，使軸向和徑向作用力無法有效平衡，如只有徑向約束，而沒有軸向約束，運(yùn)行時(shí)，軸向竄動(dòng)量較大，出現(xiàn)碰擦振動(dòng)。

（2）軸承強(qiáng)度和剛度較低，無法有效保證其臨界轉(zhuǎn)速，引起振動(dòng)。

（3）軸承滾動(dòng)接觸不良，導(dǎo)致耐磨性下降，易引起振動(dòng)。

（4）推力軸承或其它滾動(dòng)軸承磨損，使軸的縱向竄動(dòng)振動(dòng)及彎曲振動(dòng)加劇。

（5）潤(rùn)滑油（脂）選型不當(dāng)，或存在變質(zhì)或雜質(zhì)含量超標(biāo)導(dǎo)致的潤(rùn)滑故障，會(huì)使軸承工況惡化，引起振動(dòng)。

2.7 電機(jī)及其他原因

（1）電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡差或軸承質(zhì)量問題，運(yùn)行時(shí)，存在碰擦，產(chǎn)生不平衡電磁力，引起電磁力振動(dòng)。

（2）泵內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，對(duì)泵體的摩擦和沖擊，如介質(zhì)撞擊隔舌或?qū)~前緣，造成振動(dòng)。

（3）泵體內(nèi)壓力脈沖，主要由葉輪密封口環(huán)、機(jī)封密封環(huán)等間隙過大引起，造成泄漏損失大，回流大，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生動(dòng)態(tài)不平衡和壓力脈沖。

3 離心泵振動(dòng)的預(yù)防措施

3.1 設(shè)計(jì)、制造及選型

（1）離心泵整機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合具體工藝工況，符合API（American Petroleum Institute，美國(guó)石油學(xué)會(huì)）和國(guó)標(biāo)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，水力實(shí)驗(yàn)滿足工況要求；泵軸設(shè)計(jì)時(shí)，盡量采用短軸結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加轉(zhuǎn)子支撐軸承數(shù)量，減少支撐間間距；葉輪及流道設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮介質(zhì)物化性質(zhì)，做到減少氣蝕和脫流發(fā)生，合理選擇葉片數(shù)量、出口角等；聯(lián)軸器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有良好的減震性；管路設(shè)計(jì)符合流體流場(chǎng)要求，盡量減少壓降及能量損耗，同時(shí)增加管托等支撐；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土配比和牌號(hào)符合要求，一般C25，如大型離心泵基礎(chǔ)，還應(yīng)增加相應(yīng)鋼筋網(wǎng)，以提高強(qiáng)度，基礎(chǔ)底板和支架強(qiáng)度及剛度符合要求，嚴(yán)禁降級(jí)選材，電機(jī)支架和基礎(chǔ)可做成一體或面接觸；地腳螺栓布置時(shí)，適當(dāng)增加螺栓套數(shù)，避免泵體直接和剛度很大的基礎(chǔ)接觸。

（2）離心泵制造，需要按合同和技術(shù)協(xié)議要求，定期、定人進(jìn)行檢查，并對(duì)隱蔽項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督作業(yè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，未驗(yàn)收檢查項(xiàng)目，嚴(yán)禁進(jìn)行下道工序。

（3）軸承、機(jī)封等部件選型時(shí)，應(yīng)充分考慮離心泵設(shè)計(jì)、制造、裝配等工藝，同時(shí)符合力學(xué)結(jié)構(gòu)要求，如軸承既有軸向力，又有徑向力時(shí)，不能僅考慮單一力；機(jī)封選型時(shí)，充分考慮動(dòng)靜環(huán)密封面、彈簧等材料及形式，需要滿足工況最高要求。

3.2 安裝與維護(hù)

（1）軸和轉(zhuǎn)子，安裝前檢查確認(rèn)離心泵軸、電機(jī)軸、傳動(dòng)軸是否存在彎曲變形或質(zhì)量偏心問題，如若存在，需要校正和進(jìn)一步加工；若檢測(cè)表明，軸實(shí)際已經(jīng)彎曲，則需要更換或矯正；同時(shí)檢查軸端面間隙，間隙值過大，表明軸承已經(jīng)磨損，需要更換。

（2）葉輪，動(dòng)、靜平衡是否符合要求。

（3）軸承，需確認(rèn)軸承結(jié)構(gòu)形式、游隙及等級(jí)是否符合工況要求，同時(shí)檢查潤(rùn)滑是否良好；設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，軸瓦檢修需遵循先刮瓦，后研磨，再刮瓦等循環(huán)程序，確保軸瓦和泵軸接觸面積及油道符合要求，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定瓦背與軸承座接觸面積應(yīng)在60%以上，接觸角度保持在。

（4）聯(lián)軸器，緊固螺栓間距符合要求，彈性柱銷和彈性套圈與聯(lián)軸器接觸減震良好，若太松或太緊，則需要調(diào)整或更換。

（5）基礎(chǔ)、支架和底板，若發(fā)現(xiàn)存在振動(dòng)的支撐件有疲勞情況，應(yīng)進(jìn)行分析，已決定是否更換或制定防護(hù)措施，防止因強(qiáng)度和剛度降低問題造成固有頻率下降。

（6）間隙，保證安裝時(shí)，葉輪和隔板、葉輪和軸套、葉輪口環(huán)和泵體、機(jī)封動(dòng)靜環(huán)壓縮量、軸承和壓蓋、聯(lián)軸器和機(jī)泵端面等各零部件裝配間隙。

3.3 操作及其他

（1）工藝操作，進(jìn)行啟停及切換操作時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，避免抽空、氣蝕、氣縛等情況發(fā)生。

（2）盤車，對(duì)停運(yùn)離心泵，定期進(jìn)行盤車，避免泵軸彎曲或變形。

（3）軸管路及濾器，定期對(duì)管路及濾器進(jìn)行清理，避免物料沉積或堵塞。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上是引起離心泵振動(dòng)的常見原因及預(yù)防措施，并不能包含所有原因及預(yù)防措施，單獨(dú)個(gè)體離心泵出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際工況分析，可能涉及一種或多種組合，可以采取逐一因素分析法一一分析，盡量避免同時(shí)交叉分析，易出現(xiàn)混亂。