長輸成品油管道輸油泵機(jī)組振動完整性評價

黃 晨

（中國石化銷售有限公司華南分公司，廣東廣州 510620）

0 引言

輸油泵機(jī)組是長輸成品油管道的主要動力設(shè)備，輸油泵機(jī)組振動水平對設(shè)備可靠性至關(guān)重要。因此，對輸油泵機(jī)組工廠試驗、現(xiàn)場試運(yùn)行及長期運(yùn)行的振動進(jìn)行完整性評價，并制定輸油泵個性化振動評價方法，可實現(xiàn)對輸油泵運(yùn)行振動情況的準(zhǔn)確評價。

1 輸油泵振動常用評價標(biāo)準(zhǔn)介紹

目前，輸油泵機(jī)組振動標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 6075.7—2015《機(jī)械振動 在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機(jī)器的機(jī)械振動 第7部分工業(yè)應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)動力泵（包括旋轉(zhuǎn)軸測量）》（等同于ISO 10816-7：2009）、GB/T 6075.3—2011《機(jī)械振動 在非旋轉(zhuǎn)部件上測量評價機(jī)器的振動 第3部分：額定功率大于15 kW額定轉(zhuǎn)速在（120～15000）r/min的在現(xiàn)場測量的工業(yè)機(jī)器》（等同于ISO 10816-3：2009）、GB/T 11348.3—2011《機(jī)械振動 在旋轉(zhuǎn)軸上測量評價機(jī)器的振動 第3部分：耦合的工業(yè)機(jī)器》（等同于ISO 7919-3：2009），GB/T 29531—2013《泵的振動測量與評價方法》和ANSI/API STANDARD 610《石油、石化和天然氣工業(yè)用離心泵》第11版（等同于ISO 13709—2009）等標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)適用性范圍

GB/T 6075.7—2015介紹了額定功率＞1 kW的工業(yè)應(yīng)用旋轉(zhuǎn)動力泵的振動評價，規(guī)定了在非旋轉(zhuǎn)部件（軸承座）上測量評價振動的具體要求，提供了在現(xiàn)場運(yùn)行時和在工廠或制造商測試設(shè)施上進(jìn)行驗收測試時測量評價旋轉(zhuǎn)動力泵軸承座振動烈度的具體指南，也給出了評價旋轉(zhuǎn)軸相對軸振動的一般信息和指南。如果泵停運(yùn)時的振動值超過運(yùn)行時的25%，則需要采取矯正措施以減少環(huán)境振動的影響。該標(biāo)準(zhǔn)評價準(zhǔn)則既適用于泵的運(yùn)行監(jiān)測，也適用于現(xiàn)場或制造商測試設(shè)施上進(jìn)行的驗收測試。該標(biāo)準(zhǔn)指出，對于集成電機(jī)（葉輪安裝于電機(jī)軸上或葉輪軸與電機(jī)軸剛性連接）的泵組，GB/T 6075.7—2015適用于整個耦合泵組。該標(biāo)準(zhǔn)給出了臥式泵、立式泵的振動測點位置示意圖。用于測量旋轉(zhuǎn)動力泵非旋轉(zhuǎn)部件振動的測量是振動速度，而轉(zhuǎn)速＜600 r/min的泵，需要額外測量振動位移。該標(biāo)準(zhǔn)要求，測量應(yīng)在轉(zhuǎn)子和主要軸承達(dá)到其正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的溫度時進(jìn)行，當(dāng)工況發(fā)生了變化（變轉(zhuǎn)速或變負(fù)荷），應(yīng)在所有工況下進(jìn)行測量，最大值代表其振動烈度。

GB/T 6075.3—2011適用于額定功率＞15 kW，額定轉(zhuǎn)速在（120～15 000）r/min的現(xiàn)場測量的工業(yè)機(jī)器，包括各種類型電機(jī)，但不適用于包含集成電機(jī)的轉(zhuǎn)子動力泵。對于撓性連接的泵組，GB/T 6075.7—2015僅適用于泵本體，不涉及分開安裝的驅(qū)動機(jī)，這些驅(qū)動機(jī)振動在GB/T 6075.3—2011中涉及。長輸成品油管道輸油泵機(jī)組一般為疊片撓性聯(lián)軸器，因此其電機(jī)振動可按GB/T 6075.3—2011進(jìn)行評價。

GB/T 11348.3—2011給出了對正常運(yùn)行狀態(tài)下位于或靠近耦合的工業(yè)機(jī)器軸承處測量的軸振動的評價準(zhǔn)則，提供的關(guān)于泵的信息與GB/T 6075.7—2015互為補(bǔ)充，如果兩項標(biāo)準(zhǔn)的方法都可使用，通常應(yīng)使用限制更嚴(yán)的那一項標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)提出，在特定情況下，評價泵的軸振時，應(yīng)考慮現(xiàn)場運(yùn)行條件、進(jìn)行驗收時的條件和ISO 10816.7給出的軸承間隙的影響。通常測量是相對于軸承的振動。停機(jī)狀態(tài)下，若超過工作轉(zhuǎn)速下所規(guī)定振動許用值的1/3時應(yīng)采取措施消除環(huán)境振動的影響。該標(biāo)準(zhǔn)適用于穩(wěn)定工況，載荷發(fā)生正常的緩慢變化的情況，在不同工況下或者瞬態(tài)變化期間是不適用的。

GB/T 29531—2013 適用于轉(zhuǎn)速為（600～12 000）r/min（＜600 r/min可參照使用）的各型式泵，泵與電機(jī)共軸（或泵軸與電機(jī)軸采用剛性聯(lián)軸器連接）的泵機(jī)組。如泵靜止時振動值超過運(yùn)行時的25%，應(yīng)采取措施減少環(huán)境振動值。葉片泵應(yīng)在規(guī)定轉(zhuǎn)速（允許偏差±5%）以及允許用到的大流量、小流量、保證點流量等工況點進(jìn)行測量。非往復(fù)式容積泵應(yīng)在規(guī)定轉(zhuǎn)速（允許偏差±5%）、規(guī)定工作壓力的工況點進(jìn)行測量。測量時應(yīng)考慮軸承溫度不穩(wěn)定對測量的影響，不能在汽蝕狀態(tài)下進(jìn)行測量。對于降低轉(zhuǎn)速試驗的振動測量，不能作為評價的依據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)給出了臥式泵、立式泵、單級或兩級懸臂泵、雙吸離心泵、多級離心泵、齒輪泵、滑片泵、立式離心泵、立式混流泵、立式軸流泵、立式雙吸泵、長軸深井泵和立式螺桿泵的振動測點位置示意圖。

ANSI/API STANDARD 610有關(guān)振動的條款，主要適用于懸臂泵、兩端支承式泵、立式懸吊式泵和高能泵性能試驗過程中振動評價。該標(biāo)準(zhǔn)給出了懸臂泵、兩端支承泵、立式懸吊式泵、立式管道泵和高速齒輪箱成一整體的泵的振動測點位置示意圖。

1.2 振動評價準(zhǔn)則

各標(biāo)準(zhǔn)均給出了A（新交付機(jī)器應(yīng)達(dá)狀態(tài)或優(yōu)良狀態(tài)），B（機(jī)器可以長期運(yùn)行或合格狀態(tài)），C（機(jī)器可短期運(yùn)行但必須采取補(bǔ)救措施或不合格狀態(tài)）和D（不允許狀態(tài)）等4個區(qū)域邊界振動限值。

GB/T 6075.7—2015給出了振動速度限值表、低速泵（＜600 r/min）振動位移限值和最大軸相對振動位移推薦值表（根據(jù)旋轉(zhuǎn)動力泵滑動軸承名義徑向間隙確定），該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為不論剛性支承還是撓性支承，不論在泵的水平方向還是垂直方向上，只要在該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的位置測量就沒有明顯區(qū)別。該標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為，不同機(jī)器的報警值可能上下變動很大，通常相對于基線值來設(shè)定的，而基線值是根據(jù)具體機(jī)器的測量位置或方向的經(jīng)驗確定的，建議報警值比基線值高出區(qū)域B上限值的25%，如果基線值低則報警值可能＜區(qū)域C。在沒有建立基線值的情況下，初始報警值應(yīng)根據(jù)其他類似機(jī)器的經(jīng)驗或接受的驗收值來設(shè)定，建議報警值一般不超過區(qū)域B上限值的1.25倍，如果穩(wěn)態(tài)基線值發(fā)生變化（如機(jī)器檢修后），宜相應(yīng)修改報警值。相同設(shè)計的所有機(jī)器一般采用相同的停機(jī)值，對于不同設(shè)計的機(jī)器停機(jī)值可能不同，且不可能給出絕對的停機(jī)值指南。通常停機(jī)值在區(qū)域C或D內(nèi)，但建議停機(jī)值不超過區(qū)域C上限的1.25倍。

GB/T 6075.3—2011考慮了機(jī)器功率、轉(zhuǎn)軸高度、剛生支承和撓性支承因素，給出兩組A，B，C，D各區(qū)域振動限值數(shù)據(jù)表（含振動位移和速度均方根限值）。該標(biāo)準(zhǔn)提供的振動評價準(zhǔn)則，以及報警值和停機(jī)值設(shè)定與GB/T 6075.7—2015基本一致。

GB/T 11348.3—2011推薦把報警值設(shè)定為比基線值高，高出的數(shù)量=區(qū)域B/C界限值的25%，如果基線值比較低，報警值可能在區(qū)域C以下。在沒有建立基線值的場合（如新機(jī)器），最初的報警值應(yīng)根據(jù)其他類似機(jī)器的經(jīng)驗或己經(jīng)認(rèn)可的容許值來設(shè)定。在運(yùn)行一段時間后，建立了穩(wěn)態(tài)的基線值，并相應(yīng)調(diào)整報警值。如果穩(wěn)態(tài)基線值改變（如機(jī)器大修后），報警值的設(shè)定應(yīng)作相應(yīng)修改，對于機(jī)器上反應(yīng)不同動載荷和支撐剛度的不同軸承，可設(shè)定不同的報警值。對于所有類似設(shè)計的機(jī)器，采用的停機(jī)值一般都相同，且通常與穩(wěn)態(tài)基線值無關(guān)；對于不同設(shè)計的機(jī)器，可有不同的停機(jī)值，且不可能對絕對的停機(jī)值給出更準(zhǔn)確的指南，通常停機(jī)值在區(qū)域C或區(qū)域D內(nèi)。該標(biāo)準(zhǔn)給出的A，B，C，D各區(qū)域邊界軸振限值計算公式，與機(jī)器最大轉(zhuǎn)速有關(guān)，但對于某些泵，該標(biāo)準(zhǔn)推薦的位移值比實際軸承間隙大。

GB/T 29531—2013提出，在 10 Hz～1 kHz的頻段內(nèi)，速度均方根值相同的振動被認(rèn)為具有相同的振動烈度，給出了泵的振動測試報告樣版。但該標(biāo)準(zhǔn)未涉及報警值和停機(jī)值設(shè)定內(nèi)容。

ANSI/API STANDARD 610并按優(yōu)先工作區(qū)和允許工作區(qū)，分別提供了懸臂泵和兩端支承泵的振動限值表、立式懸吊式泵的振動限值表、高能泵的振動限值示意圖。

1.3 振動量值變化評價準(zhǔn)則

GB/T 6075.7—2015和GB/T 11348.3—2011均規(guī)定，在相同的傳感器位置和方向上，在近似相同的工況下測量，即使振動未達(dá)到報警值時，若振動量值發(fā)生明顯增大或減小超過區(qū)域B上限的25%時，應(yīng)認(rèn)為振動變化是顯著的，宜分析查明振動變化原因并制定適宜的措施。SHS 01003—2004要求要重視振動值的變化。在穩(wěn)定運(yùn)行條件下，盡管振動值仍在合格范圍內(nèi)，若振動值發(fā)生明顯變化如其變化量＞B區(qū)上限值的25%，無論變大還是變小，都要及時報告并進(jìn)一步分析原因。

2 輸油泵振動完整性評價標(biāo)準(zhǔn)的建立

2.1 工廠試驗和現(xiàn)場試運(yùn)行振動評價

ANSI/API STANDARD 610對輸油泵設(shè)計、制造過程各環(huán)節(jié)均有明確的技術(shù)規(guī)定，以保證輸油泵的可靠性，其振動限值也比 GB/T 6075.7—2015 （ISO 10816-3）、GB/T 11348.3—2011（ISO 7919-3）、GB/T 29531—2013 和 SHS 01003—2004 等標(biāo)準(zhǔn)限值要低，因此，若買賣雙方約定輸油泵設(shè)計制造遵循標(biāo)準(zhǔn)為ANSI/API STANDARD 610，則工廠試驗和現(xiàn)場試運(yùn)行振動驗收評價標(biāo)準(zhǔn)宜執(zhí)行ANSI/API STANDARD 610中規(guī)定的振動限值；若約定遵循其他標(biāo)準(zhǔn)時，則輸油泵工廠試驗和現(xiàn)場試運(yùn)行振動驗收評價標(biāo)準(zhǔn)建議可執(zhí)行GB/T 6075.7—2015（ISO 10816-7）和 GB/T 6075.3—2011（ISO 10816-3），允許工作區(qū)內(nèi)振動應(yīng)處于振動限值表區(qū)域B內(nèi)。輸油泵訂貨前，買賣雙方應(yīng)就振動驗收標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成一致，并在采購技術(shù)協(xié)議中予以明確。

2.2 輸油泵長期運(yùn)行振動評價標(biāo)準(zhǔn)建立

2.2.1 基線值法

輸油泵機(jī)組在穩(wěn)定工況運(yùn)行時有代表性的、可重復(fù)的正常振動值，一般由該輸油泵機(jī)組在以前正常運(yùn)行期間多次測量的統(tǒng)計平均得到振動基線值。然后按GB/T 6075.7—2015標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)置報警值、停機(jī)值。應(yīng)重新統(tǒng)計穩(wěn)態(tài)運(yùn)行振動數(shù)據(jù)，調(diào)整報警值和停機(jī)值。

2.2.2 正態(tài)統(tǒng)計法

長輸成品油管道輸油泵轉(zhuǎn)速一般均在（600～3000）r/min，新泵或泵大修后試運(yùn)行平穩(wěn)后，應(yīng)在盡可能寬的穩(wěn)態(tài)工況范圍內(nèi)，如考慮寬的流量范圍、變轉(zhuǎn)速情形、多臺輸油泵組合運(yùn)行等，測取振動值（殼振振動速度、軸振相對位移），應(yīng)盡可能多的測得振動數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)基本符合正態(tài)分布，可根據(jù)正態(tài)分布的比率建立輸油泵長期運(yùn)行振動評價標(biāo)準(zhǔn)。

（1）計算各測點振動數(shù)據(jù)均值[1]。=（X1+X2+…+Xn）/n。

（2）計算各測點振動標(biāo)準(zhǔn)差[1]。

式（1）中，Xn是第 n 次振動實測值，n=1，2，3，…，N。為獲得一定統(tǒng)計精度，建議測量次數(shù)N取30～35，尤其是變頻輸油泵，應(yīng)測得不同流量、不同轉(zhuǎn)速下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行振動數(shù)據(jù)。

按正態(tài)分布規(guī)律，如圖1所示，σ值越小，則輸油泵在較寬工況范圍內(nèi)振動越穩(wěn)定；振動數(shù)據(jù)出現(xiàn)在[-2σ，+2σ]內(nèi)概率＞95%，出現(xiàn)在[-3σ，+3σ]內(nèi)概率＞99%。因此，可取+3σ和GB/T 6075.7區(qū)域C上限的1.25倍的低值作為停機(jī)值；可取+2σ和GB/T 6075.7區(qū)域B上限的1.25倍的低值作為報警值。對于徑向軸承為滑動軸承且連續(xù)振動監(jiān)測為軸振的輸油泵，軸振和殼振均應(yīng)＜設(shè)定的報警值。輸油泵大修或改造后，應(yīng)重新統(tǒng)計穩(wěn)態(tài)運(yùn)行振動數(shù)據(jù)，計算設(shè)定報警值和停機(jī)值。

2.2.3 振動值變化量監(jiān)測的相對標(biāo)準(zhǔn)

對于近似工況下，振動值變化超過GB/T 6075.7—2015區(qū)域B上限的25%，則需分析查明振動變化原因并制定適宜的措施。現(xiàn)場日常巡檢時，可對比分析評價輸油泵運(yùn)行振動狀態(tài)。

圖1 振動數(shù)據(jù)統(tǒng)計正態(tài)分布

2.2.4 定期振動頻譜分析

前述標(biāo)準(zhǔn)均限于寬帶振動評價，未涉及頻率分量和相位，在多數(shù)情況下，對于驗收測試和運(yùn)行監(jiān)測是適當(dāng)?shù)?。而對于輸油泵機(jī)組長期狀態(tài)監(jiān)測和診斷，采用振動矢量信息對于檢測和確定泵動態(tài)狀態(tài)的變化是特別有用的，在某些情況下，僅測量寬帶振動可能檢測不到這些變化。因此，如有條件，有必要對關(guān)鍵輸油泵定期（如每季度）采集振動頻譜并分析比對，以完整地評估關(guān)鍵輸油泵運(yùn)行狀態(tài)。

3 結(jié)束語

（1）對比分析了國內(nèi)國外輸油泵常用振動評價標(biāo)準(zhǔn)的適用性范圍、振動評價準(zhǔn)則等內(nèi)容，對于集成電機(jī)（葉輪安裝于電機(jī)軸上或葉輪軸與電機(jī)軸剛性連接）的泵組，GB/T 6075.7—2015適用于整個泵組振動評價，僅適用于撓性連接泵組的泵體振動評價，撓性連接泵組的振動評價可執(zhí)行GB/T 6075.3—2011。

（2）建立了輸油泵工廠試驗、現(xiàn)場試運(yùn)行及長期運(yùn)行振動評價方法，并提出以振動值變化量監(jiān)測和定期頻譜分析為補(bǔ)充，可實現(xiàn)輸油泵機(jī)組振動監(jiān)測完整性評價，使輸油泵振動故障癥兆能夠做到早期發(fā)現(xiàn)、及時分析原因制定措施處理，真正實現(xiàn)輸油泵狀態(tài)維修模式。

（3）振動標(biāo)準(zhǔn)的建立是綜合振動理論基礎(chǔ)以及長期實踐經(jīng)驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計的結(jié)果，而單臺輸油泵個體，即使同規(guī)格同型號，振動情況也不盡相同，因此，建議標(biāo)準(zhǔn)提供的振動限值僅作為參考，以連續(xù)監(jiān)測振動探頭測點和現(xiàn)場人工檢測點振動測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，建立適用獨立個體輸油泵各測點的振動評價標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)輸油泵運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確管控。此外，在選用標(biāo)準(zhǔn)時，要注意標(biāo)準(zhǔn)適用的診斷對象、應(yīng)用范圍及約束條件等，切忌張冠李戴。