長輸管道360GKSN160輸油泵振動檢測與分析

陳佳琪

（中國石化銷售有限公司華南分公司，廣東廣州 511400）

0 引言

輸油泵作為油品輸送過程中的動力設(shè)備，應(yīng)用在華南長輸成品油管道中的每個輸油站場。公司每年開展主輸油泵大修和保養(yǎng)等工作，但隨著主輸油泵使用年限的增加，使用過程中會出現(xiàn)各種問題，振動是泵機組最常見的故障之一[1]，輸油泵振動會給生產(chǎn)帶來影響且有安全隱患[2]，降低輸油效率[3]。因此，需要對輸油泵振動問題進行分析和研究。

1 設(shè)計參數(shù)及結(jié)構(gòu)

國產(chǎn)300GKSN160型主輸油泵進口口徑300 mm，水平中開式，雙吸葉輪，單級設(shè)計揚程160 m，泵轉(zhuǎn)向為順時針方向，剖面如圖1所示。

圖1 主輸油泵結(jié)構(gòu)

2 測點分布

泵機組共有9個測點，1#測點位于電機基座（圖2a），2#測點位于電機基座（圖2b），3#測點位于泵體基座（圖2c），4#測點位于泵體基座（圖3a），5#測點位于軸承座非驅(qū)動端（圖3b），6#測點位于出口法蘭位置（圖3c），7#測點位于入口法蘭位置（圖4a），8#測點位于出口管道（圖4b），9#測點位于軸承座驅(qū)動端（圖4c）。

3 測試工況

測試的采樣頻率均為2.048×103Hz，分為3組工況：

（1）停機狀態(tài)。各測點的振動情況能夠反映整個管道和當(dāng)前設(shè)備的運行情況，作為參照組。

圖2 1#，2#，3#測點位置

圖3 4#，5#，6#測點位置

圖4 7#，8#，9#測點位置

（2）敲擊狀態(tài)。依次豎直敲擊1#～9#測點，得到振動曲線，并通過頻域分析，獲得1#～9#測點的固有頻率。

（3）運行狀態(tài)。入口流量分別為470 m3/h，520 m3/h和660 m3/h等3組運行工況，采樣時間均為20 s，分別得到3種工況下的振動時域信息，并對所有測點位置的振動時域信息進行分析，得到相應(yīng)的幅值譜。

在實驗的全過程中，該泵鄰近的一臺泵一直處于運行狀態(tài)，會對該泵的測試結(jié)果產(chǎn)生影響，尤其是對停機狀態(tài)和敲擊狀態(tài)測試。

3.1 停機狀態(tài)測試結(jié)果

選取電機基座1#測點、出口管道8#測點和軸承座驅(qū)動端9#測點作為主要研究對象。將采集到的振動信號進行頻域分析得到相應(yīng)的幅值譜（圖5）。其中，1#測點幅值譜關(guān)鍵點為（299.5，0.001 716）、（599，0.000 5282），8#幅值譜關(guān)鍵點為（299.5，0.1419），9#幅值譜關(guān)鍵點為（299.5，0.056 01）、（599，0.031 61）。每個關(guān)鍵點均取299.5 Hz和599 Hz兩個頻率，299.5 Hz是該泵的葉頻，599 Hz是葉頻的2倍頻。

可以看出，在此工況下，該泵的振動主要是由與臨近泵的聯(lián)運產(chǎn)生的。從整體分析，在299.5 Hz時，1#測點和9#測點的振動幅值都小于0.1 g，相對較小，8#測點振動幅值0.1419 g，明顯大于其余兩處，一方面可能是由于管道空心、剛度較小引起的振動；另一方面則可能是支撐不合理，導(dǎo)致出口管道處的振動偏大，但第二種可能性需要通過運行狀態(tài)測試結(jié)果進行驗證。

圖5 1#，8#，9#測點幅值譜

3.2 敲擊狀態(tài)測試結(jié)果

若輸油泵的軸頻、葉頻振動或者泵體內(nèi)流質(zhì)激振頻率在設(shè)備的固有頻率（一階、二階固有頻率）附近，運行過程中就會引發(fā)設(shè)備共振，導(dǎo)致振動超限。

由于該泵鄰近的一臺泵一直處于運行狀態(tài)，會對該組測試結(jié)果產(chǎn)生較大影響，故通過與停機狀態(tài)試結(jié)果比照，在結(jié)果中去除鄰近泵的影響。

通過依次豎直敲擊1#～8#測點位置和結(jié)果分析，得到各測點的固有頻率（表1）。

3.3 運行狀態(tài)測試結(jié)果

進行470 m3/h，520 m3/h和660 m3/h等3組流量工況下的測試，采樣時間均為20 s。該泵的額定轉(zhuǎn)速2980 r/min（49.67 Hz），6片葉輪，即軸頻約為50 Hz，葉頻約為300 Hz。

（1）在 470 m3/h 工況，觀察 1#～9#測點幅值譜，發(fā)現(xiàn) 1#～7#測點和 9#測點的關(guān)鍵頻率大多是 300 Hz，600 Hz，900 Hz，1200 Hz，1500 Hz，1800 Hz等葉頻以及葉頻的多倍頻，并且對應(yīng)的幅值都＜1 g，說明這些位置的振動不是特別劇烈；8#測點在1496 Hz時的振動幅值為1.188 g，在振動要求范圍內(nèi)，不屬于振動超高。

（2）在 520 m3/h 工況，觀察 1#～9#測點幅值譜，發(fā)現(xiàn) 1#～7#測點和 9#測點的關(guān)鍵頻率依然是 300 Hz，600 Hz，900 Hz，1200 Hz，1500 Hz，1800 Hz等葉頻以及葉頻的多倍頻，并且對應(yīng)的幅值都＜1g，說明這些位置的振動不是特別劇烈；8#測點在1496 Hz時的振動幅值下降至0.9573 g，較470 m3/h時下降了0.2307 g。

表1 固有頻率測試結(jié)果

（3）在 660 m3/h 工況，觀察 1#～9#測點幅值譜，發(fā)現(xiàn) 1#～7#測點和9#測點的振動頻率分布情況大體保持不變，而出口管道處8#測點振動情況進一步緩解，與其余8個測點振動水平基本一致，說明從520 m3/h加大到660 m3/h后，隨著流量的增加，流量值更加接近設(shè)計工況，振動減小。

4 結(jié)論與建議

通過對3組測試結(jié)果的處理和分析，發(fā)現(xiàn)輸油泵振動的主要頻率是該泵的葉頻以及葉頻的多倍頻。

（1）停機狀態(tài)測試結(jié)果表明鄰近泵的運行對測試泵的測試結(jié)果產(chǎn)生影響，測試泵背景噪聲的主要頻率成分是鄰近泵運行產(chǎn)生的葉頻（300 Hz），并且由于2臺泵距離很近，振動幅值較大，對測試泵振動的測量有較明顯的影響。

（2）敲擊狀態(tài)測試結(jié)果表明通過對8個測點進行敲擊實驗，基本可測出其固有頻率，其中，1#～4#測點和6#，7#測點的敲擊固有頻率與泵的軸頻、葉頻并無明顯重合跡象，5#和8#測點的敲擊固有頻率中存在300 Hz成分，但通過進一步分析，確定此頻率成分來源于鄰近泵的振動。通過以上分析，可基本排除軸頻、葉頻引發(fā)設(shè)備共振的可能性。

（3）運行狀態(tài)測試9個測點的振動數(shù)據(jù)顯示，振動的主要頻率成分是 100 Hz，300 Hz，600 Hz，900 Hz，1200 Hz，1500 Hz，1800 Hz等葉頻以及葉頻多倍頻，其中1#～7#測點、9#測點主要振動頻率的幅值均＜1 g，在正常范圍內(nèi)。8#測點主要振動頻率成分是1498 Hz，即葉頻的 5倍頻，其對應(yīng)幅值在（0.3～1）g范圍內(nèi)，隨著3組工況流量的增大，振動幅值越來越小，說明出口管道處振動狀態(tài)在正常范圍內(nèi)。

由于振動主要頻率成分多出了100 Hz的頻率成分，考慮是轉(zhuǎn)子問題導(dǎo)致，如轉(zhuǎn)子角度不對中、平行不對中、復(fù)合不對中、轉(zhuǎn)子剛度不對稱等問題。鑒于此種情況，建議現(xiàn)場使用該型泵時，為避免振動問題的產(chǎn)生，從安裝到使用過程中，要注意轉(zhuǎn)子的安裝和維護。