離心式注水泵機組故障診斷探討

王瑩

摘? ? 要：勝利油田的油藏類型多樣，其配套的注水系統(tǒng)也各不相同，按注水系統(tǒng)能力分，有大站系統(tǒng)，以離心式注水泵為主。離心泵排量大，維護簡單，在注水量打，注水壓力為16MPa的系統(tǒng)里被廣泛采用，是高滲透率，整裝大油田的主力泵型。另有小站系統(tǒng)，以柱塞式注水泵站為主，柱塞泵具有揚程高，排量小、效率高，電力配套設(shè)施簡單等特點，適用于注水量低，注水壓力高的中低滲透率油田或斷塊油田。本文針對離心式注水泵在運行時產(chǎn)生的故障進行了詳細的闡述，并提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施，為后續(xù)生產(chǎn)運行提供了較好的指導意義。

關(guān)鍵詞：離心式;注水泵;故障;診斷

一、離心式注水泵的工作原理

當多級離心泵電機帶動軸上的葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，充滿在葉輪內(nèi)的液體在離 心力的作用下，從葉輪中心沿著葉片間的流道甩向葉輪的四周，由于液體受到 葉片的作用，使壓力和速度同時增加，經(jīng)過導殼的流道而被引向次一級的葉輪，這樣，逐次地流過所有的葉輪和導殼，進一步使液體的壓力能量增加。將每個葉輪逐級疊加之后，就獲得一定揚程。

二、注水泵常見故障及其危害

注水泵功用是把低壓水通過水泵加壓變成油田開發(fā)需要的高壓水，經(jīng)過高壓閥組、注水干線、配水間送往注水井，注入油層，以達到保持油層壓力、實現(xiàn)油田穩(wěn)產(chǎn)。低壓水來源主要有地表水或經(jīng)過處理的油層采出水。由于注水泵運行時產(chǎn)生高水壓、高噪聲，加之客觀上存在的設(shè)施缺陷、高電壓，可能發(fā)生高壓水刺漏傷人、電擊、高噪聲職業(yè)危害等。

（一）啟動后不出液：長時間造成泵不上量引發(fā)葉輪、平衡盤等轉(zhuǎn)動件抱死，嚴重情況下引發(fā)火災(zāi)。

（二）軸承過熱：由于供液不足、泵軸與電機軸不同心等原因造成軸承發(fā)熱，導致軸承損壞或電機燒毀，易引發(fā)電氣火災(zāi)。

（三）泵體過熱：由于泵內(nèi)無液體或操作失誤（如出口閥門未打開），造成泵體高溫運行，易引發(fā)火災(zāi)。

（四）填料函大量泄漏：由于安裝或密封件選材不合適、運行中填料、軸或軸套磨損、冷卻水供給不足或管路堵塞等原因，造成盤根密封部位油氣泄漏，易引發(fā)火災(zāi)。

（五）設(shè)備腐蝕：注水系統(tǒng)往往因含硫化物、細菌超標等原因，造成設(shè)備內(nèi)部腐蝕嚴重，當泵軸、葉輪、連桿、殼體及接頭等部件發(fā)生斷裂時，易引發(fā)高壓水刺漏、零部件飛出傷人事故。

（六）泵體運轉(zhuǎn)部位遇卡：由于泵基礎(chǔ)不牢固、縱橫向中心未調(diào)平、軸承損壞等原因，會造成泵體聯(lián)軸器、機械密封、泵殼等部件甩出，造成人員傷亡事故。

三、注水泵機組故障特征分析

在對注水泵機組故障進行分析的過程中，相關(guān)人員要對信號分析處理及狀態(tài)監(jiān)測中的各項內(nèi)容及特征參數(shù)變化狀況進行控制，要依照特征參數(shù)狀況與設(shè)備要求狀況對比結(jié)果，觀察設(shè)備運行是否正常。在故障特征分析的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)注水泵故障時，相關(guān)人員要對其故障性質(zhì)及故障程度進行診斷，要對發(fā)生原因及發(fā)生部位進行明確，從根本上預(yù)測和及時控制故障狀況。當前注水泵在使用的過程中主要存在以下故障，其振動特征具有明顯典型性。

（一）不平衡

在旋轉(zhuǎn)機械的各種異?，F(xiàn)象中，由于不平衡而造成振動的情形占有很高的比例。所謂不平衡，就是由于旋轉(zhuǎn)體軸心周圍的質(zhì)量分布不均、使之在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力而引起振動的現(xiàn)象。由于不平衡引發(fā)的振動，其最重要的特點就是發(fā)生與旋轉(zhuǎn)同步的基本振動。

（二）不對中

不對中是指用聯(lián)軸器連接起來的兩根軸的中心線錯位的現(xiàn)象，又稱為不同軸。存在不對中時，除產(chǎn)生徑向振動外，還容易發(fā)生軸向振動。不對中不嚴重時，其頻率成分為旋轉(zhuǎn)基頻;不同軸嚴重時，則產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)基頻的高次諧波成分。不對中故障的原因有：

（1）安裝質(zhì)量不高，冷態(tài)不對中;沒有考慮熱態(tài)的膨脹因素，引起在運行狀態(tài)下不對中;

（2）由于注水泵機組自身的內(nèi)應(yīng)力沒有完全消除而引起變形，引發(fā)不對中;

（3）由于管道等附件安裝不良，對注水泵機組產(chǎn)生過大作用力使機組產(chǎn)生變形或錯位造成不對中;

（4）注水泵機組基礎(chǔ)的不均勻產(chǎn)生下沉導致不對中。

（三）機械松動

機械松動現(xiàn)象主要原因是緊固不牢引起的，其通常的特征是在旋轉(zhuǎn)頻率的一系列諧頻上出現(xiàn)較大的振幅。機械松動故障的主要原因有：

（1）固定螺栓的強度不足、斷裂或缺乏防松措施造成部件松動;

（2）支承系統(tǒng)配合面間隙過大、緊力不夠、在外力或溫升作用下產(chǎn)生間隙;

（3）機組的基礎(chǔ)施工質(zhì)量不良。

（四）電磁振動

電磁振動指引起旋轉(zhuǎn)機械振動的因素除機械力外，電磁力作用下產(chǎn)生的振動。其基本頻率就是電源的頻率。

（五）油膜振蕩

大型機的組基本上都采用動壓滑動軸承式來支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，動壓軸承的工作原理是基于油楔的承載機理，即依靠油的粘性，在軸頸旋轉(zhuǎn)時將潤滑油持續(xù)地帶入由軸徑和軸承表面所形成的收斂型油楔之中;油流在截面逐漸縮小的油楔中受到擠壓，產(chǎn)生油膜壓力;油膜壓力給軸徑反作用力，將軸徑和軸承面隔開，達到潤滑的目的，但是在一定條件下會由于壓力失衡引發(fā)油膜渦動和油膜振蕩故障。

轉(zhuǎn)子在繞自身軸線旋轉(zhuǎn)的同時，其軸心又繞軸承中心連線回轉(zhuǎn)的運動叫油膜渦動，它是油膜力產(chǎn)生的一種自激振動，渦動的速度由油膜流動速度所決定，由于油膜渦動頻率接近回轉(zhuǎn)頻率的一半，故常稱為半速渦動。當轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速升到比第一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍稍高以后，由于這時半渦動的渦動速度與轉(zhuǎn)軸的第一階臨界轉(zhuǎn)速相重合，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)即產(chǎn)生共振，表現(xiàn)為強烈的振動現(xiàn)象，稱為油膜振蕩。

油膜振蕩故障的主要原因是：

（1）軸承過度磨損。在同等偏心距情況下，軸承過度磨損相當于偏心率過大，另外油膜過厚，剛度下降，也使轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速降低，更易引發(fā)振蕩;

（2）軸承穩(wěn)定性差。軸承的穩(wěn)定性取決于軸承結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計參數(shù)兩個方面。合理的軸承結(jié)構(gòu)油膜渦動力小或?qū)u動力阻尼大。注水泵采用的是圓柱軸瓦，這種軸瓦對軸向油膜力阻尼最小，抗振力極差，但承載力好;

（3）潤滑油的粘度或壓力不符合要求。減小潤滑油的粘度，可以調(diào)節(jié)偏心率，增加穩(wěn)定性;

（4）外界因素激發(fā)的油膜振蕩。運轉(zhuǎn)穩(wěn)定的注水泵機組，有時也會因外部振源通過基礎(chǔ)、管道激發(fā)出油膜振蕩，原因是這種背景振動恰好和油膜振蕩頻率相同時出現(xiàn)。

3.6軸彎曲

軸彎曲的故障特征：特征頻率為1X，常伴頻率為2X;振動特性穩(wěn)定，振動方向為徑向、軸向;相位特征穩(wěn)定;軸心的軌跡為橢圓形;振幅隨速度變化轉(zhuǎn)化比較明顯，隨負荷的變化不明顯。

四、結(jié)束語

對注水泵進行狀態(tài)監(jiān)測可以及時預(yù)防和發(fā)現(xiàn)注水泵可能出現(xiàn)的各項故障，降低上述故障對油田開采的影響。除此之外，對注水泵狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷還可以及時對設(shè)備進行檢修，防止設(shè)備運行狀況惡化，造成設(shè)備損壞。