離心泵振動常見原因分析及預(yù)防措施

聶靜 張之新(蘭州石化分公司煉油廠，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

目前看來，離心泵為化工生產(chǎn)制造提供了無法代替的功能。為保障這一設(shè)備的安全高效，也為了離心泵裝配和維護(hù)工作的各種投入，需要探究離心泵振動常見原因，綜合考量其預(yù)防措施。離心泵振動作為一種較為常見的機(jī)械故障，往往有著較為復(fù)雜的成因，所以工廠內(nèi)部的技術(shù)人員需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)專業(yè)知識，制定出綜合的預(yù)防措施。

1 離心泵振動常見原因分析

離心泵振動是指離心泵在運(yùn)行時發(fā)生不正常的振動，在軸承、電機(jī)、葉輪等部位都有所呈現(xiàn)，雖然離心泵根據(jù)實(shí)際需求和功能有著不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但是整體上看，離心泵振動的常見原因有：

(1)離心泵的設(shè)計不符合相關(guān)需要。在進(jìn)行石油化工生產(chǎn)中，離心泵所要傳輸?shù)囊后w多處在高溫狀態(tài)，而這樣的高溫狀態(tài)會導(dǎo)致汽蝕，如果離心泵缺少自動排氣閥門就會造成離心泵損壞，進(jìn)而發(fā)生振動。

(2)離心泵的工程結(jié)構(gòu)不符合實(shí)際生產(chǎn)需要，和離心泵的材料質(zhì)量有問題也會導(dǎo)致離心泵振動。離心泵作為提供負(fù)壓以傳輸液體的裝置，如果質(zhì)量方面出現(xiàn)問題就會影響其正常的工作。

(3)離心泵安裝過程不規(guī)范。離心泵工作時會產(chǎn)生較強(qiáng)的壓力，如果在泵體內(nèi)部存在結(jié)構(gòu)連接不合理的情況就會影響工作效率，進(jìn)而發(fā)生振動。如離心泵的填料不緊會導(dǎo)致泵內(nèi)無法處于真空狀態(tài)，削弱離心泵的運(yùn)行功能，平衡管安裝不規(guī)范也會導(dǎo)致其發(fā)生堵塞，使得離心泵振動。

(4)離心泵的日常維護(hù)工作需要進(jìn)一步提升。離心泵在石油化工生產(chǎn)中會長期運(yùn)行，如果日常的檢查和維護(hù)工作沒有及時發(fā)現(xiàn)隱患和故障，就會增加離心泵非健康運(yùn)行時間，進(jìn)而造成離心泵不正常振動。

(5)日常監(jiān)管工作難度大和制度不夠完善同時存在，加之離心泵長期運(yùn)行，需要一種更加現(xiàn)代化的監(jiān)控手段完成離心泵的日常監(jiān)管。

2 離心泵振動的預(yù)防措施

2.1 確保離心泵設(shè)計符合相關(guān)需要

離心泵的各種結(jié)構(gòu)設(shè)計需要根據(jù)生產(chǎn)線的需求而設(shè)計，并且要根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)作業(yè)需要來不斷完善。

(1)離心泵低比轉(zhuǎn)速設(shè)計。根據(jù)流量及揚(yáng)程選取旋殼泵或高速離心泵，尤其需要注意在流量為40 到60m3/h 且揚(yáng)程低于800m 時需要選用多級泵[1]。通過速度系數(shù)法設(shè)計離心泵流程模型，以尋找泵體在流水線上的最優(yōu)運(yùn)行方案。在葉輪方面通過水力損失判斷具體的容積效率，從而找到最合理的離心泵比轉(zhuǎn)速。

(2)液體通道結(jié)構(gòu)。液體通道結(jié)構(gòu)包括出口閥門、液體吸入端口和出口管道，在這三個方面的設(shè)計需要保證出口閥門的面積能夠有效處理氣體的理論數(shù)值，確保泵內(nèi)壓強(qiáng)符合生產(chǎn)需要。液體吸入端要配備濾網(wǎng)等結(jié)構(gòu)，避免發(fā)生堵塞，保障端口暢通。由于離心泵內(nèi)存在理論的氣體殘留量，所以在出口管道方面的設(shè)計要盡量減少壓強(qiáng)波動，將排氣部位設(shè)置在較為適合空氣流通的位置。

(3)軸承與聯(lián)軸器需要保持相對的穩(wěn)定，避免在運(yùn)行時不同心的情況，應(yīng)當(dāng)注意到扭矩在電機(jī)與泵體之間的傳遞足夠穩(wěn)定。防止聯(lián)軸器發(fā)生磨損的部件也要配備到位，確保及時更換，使得其結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠發(fā)揮離心泵的功能。

2.2 保障離心泵的工程結(jié)構(gòu)和材料質(zhì)量

離心泵的材料質(zhì)量尤為關(guān)鍵，離心泵軸的剛性如果不達(dá)標(biāo)，就會發(fā)生傳動軸與靜止物件的碰撞，進(jìn)而造成離心泵振動。同樣的，如果離心泵軸的材料結(jié)構(gòu)不合理，也會導(dǎo)致離心泵由于軸底結(jié)構(gòu)承壓不均勻而發(fā)生振動。在最基礎(chǔ)的離心泵泵體架構(gòu)方面，泵體高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的驅(qū)動裝置架需要保證其形態(tài)的穩(wěn)定，從基礎(chǔ)地腳螺栓到整體離心泵基礎(chǔ)，都需要保證其剛性達(dá)到離心泵運(yùn)行需要。在離心泵的基礎(chǔ)以及泵支架方面考慮剛性，能夠有效處理離心泵振動情況。聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)與材料質(zhì)量同樣影響這離心泵振動情況，為此要調(diào)增離心泵聯(lián)軸器的周向間距，保持軸體的對稱性，并且維持聯(lián)軸器的平衡水平來解決離心泵振動。離心泵自身運(yùn)行時如果產(chǎn)生不對稱的壓強(qiáng)環(huán)境也會導(dǎo)致離心泵震動，所以在工程結(jié)構(gòu)上要維持液體流動條件的對稱，葉輪結(jié)構(gòu)需防止出口壓力不均勻造成液體漩渦，降低液體回流，以一定的葉片傾斜度來處理脈沖壓力。由于石油化工的生產(chǎn)特點(diǎn)，需要針對性地解決液體腐蝕情況，通過加厚離心泵體的密閉層厚度，可以根據(jù)相應(yīng)材料技術(shù)的發(fā)展為離心泵內(nèi)的各種隔離部件增添新材料。

2.3 規(guī)范離心泵安裝過程

離心泵的安裝要嚴(yán)格遵照相關(guān)圖紙的說明，把握好每一處細(xì)節(jié)，確保專業(yè)技術(shù)人員主導(dǎo)安裝過程。首先，在安裝離心泵基礎(chǔ)墊板時要確定地腳螺栓的數(shù)量和具體位置，考察其接地情況是否良好，分散泵體壓力的著力點(diǎn)是否正確。墊板要能夠滿足離心泵的整體結(jié)構(gòu)，保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的接觸情況正常，不出現(xiàn)空隙。一般情況下，在一處位置放置墊鐵的數(shù)量不超過三個[2]。其次，在離心泵軸結(jié)構(gòu)當(dāng)中，應(yīng)確保離心泵軸和電機(jī)軸的聯(lián)動狀態(tài)，保持二者同心，并且要預(yù)留出一定空間以便于后期調(diào)整和運(yùn)行。如果離心泵軸結(jié)構(gòu)安裝過程不規(guī)范，就會導(dǎo)致連帶著葉輪等結(jié)構(gòu)發(fā)生振動，損傷軸承。最后，在管道結(jié)構(gòu)的安裝中也要注意規(guī)范操作，根據(jù)技術(shù)要點(diǎn)安裝并檢查。進(jìn)口管道在安裝過程中要保持內(nèi)部的密封性，并且為了保證內(nèi)部氣體流通的均勻，應(yīng)該設(shè)置如錐形漸縮管分擔(dān)氣流壓強(qiáng)。

2.4 提高離心泵的日常維護(hù)工作

離心泵日常維護(hù)工作的前提是工作人員規(guī)范操作，正確使用離心泵來減少離心泵振動情況。在轉(zhuǎn)速方面，雖然高比轉(zhuǎn)的離心泵性能更強(qiáng)，但是也要根據(jù)實(shí)際需要選擇離心泵的比轉(zhuǎn)，防止運(yùn)行時出現(xiàn)故障。在出口閥門處調(diào)節(jié)離心泵流量能夠防止液體回流給泵體施加不必要的運(yùn)行壓力，同時也就延長了離心泵的使用周期。離心泵運(yùn)行時要確保泵體的密封狀態(tài)，杜絕泵體外部發(fā)生泄露時還在運(yùn)行的情況，及時發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的維修狀態(tài)。造成泄露的原因如下。

2.4.1 安裝靜試時泄漏

機(jī)械密封安裝調(diào)試好后，一般要進(jìn)行靜試，試壓查漏，觀察泄漏量。如泄漏量較小，多為動環(huán)或靜環(huán)密封圈存在問題；泄漏量較大時，則表明動、靜環(huán)摩擦副間存在問題。在初步觀察泄漏量、判斷泄漏部位的基礎(chǔ)上，再手動盤車觀察，若泄漏量無明顯變化，則靜、動環(huán)密封圈有問題；如盤車時泄漏量有明顯變化則可斷定是動、靜環(huán)摩擦副存在問題；如泄漏介質(zhì)沿軸向噴射，則動環(huán)密封圈存在問題居多，泄漏介質(zhì)向四周噴射或從冷卻孔中漏出，則多為靜環(huán)密封圈失效。

2.4.2 運(yùn)轉(zhuǎn)時泄漏

泵用機(jī)械密封經(jīng)過靜試后，運(yùn)轉(zhuǎn)時高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，會抑制介質(zhì)的泄漏。因此，試運(yùn)轉(zhuǎn)時機(jī)械密封泄漏在排除軸間及端蓋密封失效后，基本上都是由于動、靜環(huán)摩擦副受破壞所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有：

(1)操作中，因抽空、氣蝕、憋壓等異?，F(xiàn)象，引起較大的軸向力，使動、靜環(huán)接觸面分離。

(2)安裝機(jī)械密封時壓縮量過大，導(dǎo)致摩擦副端面嚴(yán)重磨損，擦傷。

(3)動環(huán)密封圈過緊，彈簧無法調(diào)整動環(huán)的軸向浮動量。(4)靜環(huán)密封圈過松，當(dāng)動環(huán)軸向浮動時，靜環(huán)脫離靜環(huán)座。(5)工作介質(zhì)中有顆粒狀物質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)入摩擦副，擦傷動、靜環(huán)密封端面。

上述現(xiàn)象在運(yùn)轉(zhuǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)，有時可以通過適當(dāng)調(diào)整靜環(huán)座等予以消除，但多數(shù)需要重新拆裝，更換密封。

2.4.3 正常運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄漏

離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄漏，主要是因?yàn)椴僮鞑划?dāng)、維護(hù)不周而引起的。還有是正常運(yùn)行中的磨損或者是使用周期達(dá)到上限。

(1)長時間憋壓會導(dǎo)致密封破壞。

(2)泵內(nèi)有大量的介質(zhì)循環(huán)，會引起介質(zhì)氣化，導(dǎo)致密封失效。

(3)長時間未運(yùn)行，重新啟動時沒有手動盤車，摩擦副因粘連而扯壞密封面。

(4)室內(nèi)溫度差異大。

(5)工作情況經(jīng)常調(diào)整。

(6)突然故障或者是停電導(dǎo)致停機(jī)等。

關(guān)于日常維護(hù)工作，除了工作人員的操作專業(yè)，還需要工廠維修部門的系統(tǒng)性檢查制度，確保廠內(nèi)每一臺離心泵都有專門的人員定期檢修，對于出現(xiàn)振動或發(fā)出噪音的離心泵要及時關(guān)停以進(jìn)行處理。維護(hù)人員還需要偵測液體溫度，保證其在適度范圍內(nèi)，不會對離心泵的正常運(yùn)行造成影響。工作人員應(yīng)當(dāng)注意到，功率過高也會導(dǎo)致離心泵振動，因此要注意離心泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)的潤滑情況，適當(dāng)?shù)稳霛櫥罕ＷC各處不會發(fā)生摩擦。

2.5 利用信息化手段監(jiān)控離心泵運(yùn)行

離心泵的震動情況十分復(fù)雜，人工進(jìn)行監(jiān)測和處理可能無法保證維護(hù)工作的效率，因此可以引入相關(guān)震動狀態(tài)檢測技術(shù)，通過對離心泵振動信息的采集，判斷離心泵運(yùn)行情況，科學(xué)地分析振動數(shù)據(jù)，能夠讓故障原因更清晰地呈現(xiàn)出來。信息化的離心泵運(yùn)行監(jiān)控設(shè)備需要采集傳感器、網(wǎng)絡(luò)通道和分析儲存數(shù)據(jù)的服務(wù)器，能夠?qū)崟r檢測離心泵的振動頻率等信息，并與服務(wù)器中所儲存的故障信息進(jìn)行比對，從而發(fā)現(xiàn)問題并給出相應(yīng)的故障處理辦法。包絡(luò)分析能夠處理離心泵內(nèi)的軸承齒輪運(yùn)行情況，可以及時偵測到不正常振動的信號，發(fā)現(xiàn)軸承滾珠等結(jié)構(gòu)的問題。信息化檢測的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)φ駝有盘柕膶?shí)時采集最及時地發(fā)現(xiàn)故障，能夠讓維修人員以最快的速度鎖定故障機(jī)器位置和故障原因，對于維護(hù)整體的生產(chǎn)運(yùn)行能夠提供極高的監(jiān)控效率[3]。同時這種技術(shù)還能夠?qū)﹄x心泵的運(yùn)行情況劃分等級，需檢測離心泵和待維修離心泵區(qū)別與正常運(yùn)行的離心泵，極大提高了維護(hù)部門的工作速度。

3 結(jié)語

石化煉油工業(yè)為我國提供了大量的原油加工產(chǎn)品，滿足了市場日益擴(kuò)增的需求。離心泵作為這一工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的重要設(shè)備，應(yīng)該投入更多的關(guān)注來保障其傳輸各種介質(zhì)的功能，理解離心泵運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計，完善并提高預(yù)防措施水平，保護(hù)該設(shè)備的工作效率。通過這些預(yù)防措施的施行，能夠有效控制風(fēng)險，盡早處理生產(chǎn)隱患以維護(hù)工廠效益。