動(dòng)平衡手段解決離心泵高振動(dòng)故障案例

趙廣濤，閔 濤，高子惠

（中國石油遼陽石化分公司動(dòng)力廠，遼寧遼陽 111003）

0 引言

當(dāng)今化工裝置大部分設(shè)備向長周期、自動(dòng)化方向發(fā)展，主要是為延長單次運(yùn)行時(shí)長，保證裝置平穩(wěn)長周期運(yùn)行。雖然運(yùn)行時(shí)間加大，但是發(fā)生意外停車造成的損失會(huì)成倍增長，維修費(fèi)用也會(huì)大幅增加。旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的類型有很多種，但絕大部分故障與轉(zhuǎn)子不平衡有關(guān)，所以轉(zhuǎn)子不平衡故障是其最常發(fā)生的故障之一。把轉(zhuǎn)子不平衡的發(fā)生原因、故障機(jī)理、故障現(xiàn)象及解決手段研究清楚，就可以將離心泵的運(yùn)行水平提升一個(gè)臺(tái)階，保證裝置長周期平穩(wěn)，為企業(yè)帶來實(shí)際效益。

1 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理

在日常運(yùn)行條件下，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生不平衡故障的原因有很多種，這里主要是按照使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡量的時(shí)間先后分為原始不平衡、漸發(fā)性不平衡和突發(fā)性不平衡3種情況。

（1）原始不平衡是由于轉(zhuǎn)子生產(chǎn)廠家原始制造誤差、裝配誤差以及材料不均勻等原因造成的，如離心泵轉(zhuǎn)子在專業(yè)動(dòng)平衡廠家進(jìn)行的動(dòng)平衡校驗(yàn)沒有達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的平衡精度要求，所以部件本身就存在質(zhì)量缺陷，在投用時(shí)就會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)。

（2）漸發(fā)性不平衡是由于離心泵長時(shí)間運(yùn)行后，轉(zhuǎn)子上會(huì)產(chǎn)生不均勻的結(jié)垢，介質(zhì)中的粉塵會(huì)不均勻地沉積在轉(zhuǎn)子部件上，介質(zhì)中顆粒對葉片及葉輪的不均勻磨損以及介質(zhì)對轉(zhuǎn)子的磨蝕等因素造成的。

（3）突發(fā)性不平衡是由于轉(zhuǎn)子上零部件脫落、轉(zhuǎn)子上垢塊的不均勻掉落或葉輪流道有異物附著、卡塞造成的，振動(dòng)值會(huì)突然大幅上升（表1）。

表1 轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)特征

2 轉(zhuǎn)子不平衡故障原因及治理措施

2.1 設(shè)計(jì)原因

（1）原始不平衡：由于離心泵原始設(shè)計(jì)廠家對泵的原始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)考慮不充分，設(shè)計(jì)不合理，設(shè)備的選型與現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況、管線布置情況并不兼容。

（2）漸發(fā)性不平衡：由于設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)不合理，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在長時(shí)間運(yùn)行后容易結(jié)垢；轉(zhuǎn)子材料選擇不過關(guān)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子部件長時(shí)間運(yùn)行后容易被介質(zhì)腐蝕。

（3）突發(fā)性不平衡：由于設(shè)備選型結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)力不能及時(shí)釋放，導(dǎo)致應(yīng)力集中；整個(gè)泵運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，入口過濾網(wǎng)不能完全濾除介質(zhì)中所帶雜質(zhì)，造成異物進(jìn)入泵流道，擊穿或擊壞泵葉片。

2.2 制造原因

（1）原始不平衡：離心泵制造廠商的制造精度不夠，制造誤差大，導(dǎo)致各轉(zhuǎn)子部件配合間隙不良；整體材料分布不均勻，導(dǎo)致整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件強(qiáng)度不統(tǒng)一；原始出廠動(dòng)平衡精度要求低，離心泵原始動(dòng)平衡沒有完全去除轉(zhuǎn)子上殘余的不平衡量。

（2）漸發(fā)性不平衡：由于材料選材錯(cuò)誤，致使泵轉(zhuǎn)子使用壽命大大縮短。轉(zhuǎn)子部件表面粗糙度處理精度不良，介質(zhì)中附帶的雜質(zhì)附著在粗糙不平的表面，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子結(jié)垢。表面粗糙度處理不好，同樣容易造成轉(zhuǎn)子部件被腐蝕。

（3）突發(fā)性不平衡：轉(zhuǎn)子制造過程中熱處理工藝不當(dāng)，使其存在應(yīng)力；泵入口過濾網(wǎng)制造存在缺陷，目數(shù)過小，導(dǎo)致雜質(zhì)進(jìn)入泵腔內(nèi)。

2.3 安裝維修

（1）原始不平衡主要是由于轉(zhuǎn)子上零部件安裝粗心大意，包括零部件漏裝、錯(cuò)裝。

（2）漸發(fā)性不平衡主要是由于轉(zhuǎn)子長時(shí)間運(yùn)行后，表面垢層沒有及時(shí)清除，垢層逐漸堆積。

（3）突發(fā)性不平衡主要是由于轉(zhuǎn)子有較大的預(yù)負(fù)荷。

2.4 操作運(yùn)行

漸發(fā)性不平衡主要是由于介質(zhì)帶液或介質(zhì)本身有腐蝕性易造成轉(zhuǎn)子部件腐蝕，介質(zhì)臟造成結(jié)垢。對于突發(fā)性不平衡，主要原因有：①由于泵超速運(yùn)轉(zhuǎn)，不在正常工況下運(yùn)行，超負(fù)荷亦或是超低負(fù)荷運(yùn)行；②入口阻力大，導(dǎo)致部件損壞進(jìn)入流道，打壞轉(zhuǎn)子；③介質(zhì)帶液，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子部件腐蝕斷裂。

2.5 狀態(tài)劣化

（1）原始不平衡主要是由于離心泵長時(shí)間運(yùn)行后，轉(zhuǎn)子部件上緊固部件松動(dòng)，如備帽松動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子上零部件配合不牢。

（2）漸發(fā)性不平衡只要是由于旋轉(zhuǎn)體結(jié)垢，不平衡量逐漸增大。轉(zhuǎn)子長時(shí)間運(yùn)行后，被嚴(yán)重腐蝕，不平衡量變大。

（3）突發(fā)性不平衡主要是由于超期服役，造成轉(zhuǎn)子部件疲勞斷裂，腐蝕加劇。

2.6 治理措施

（1）原始不平衡應(yīng)按技術(shù)要求對轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)，檢查安裝在轉(zhuǎn)子上的各個(gè)零部件的緊固情況，消除轉(zhuǎn)子上松動(dòng)的部件。

（2）漸發(fā)性不平衡要定期給轉(zhuǎn)子除垢，并對損壞的位置進(jìn)行表面處理修復(fù)，要定期切換運(yùn)行、對停下來的泵進(jìn)行定期維修。要保證介質(zhì)清潔，不帶液，防止轉(zhuǎn)子出現(xiàn)結(jié)垢和腐蝕的情況。

（3）突發(fā)性不平衡要定期停泵檢修，更換損壞的轉(zhuǎn)子，在停泵檢修的過程中也要清理泵腔內(nèi)殘留的異物。及時(shí)消除應(yīng)力，防止轉(zhuǎn)子損壞。

3 案例分析

3.1 故障現(xiàn)象及原因分析

某廠公用車間P321B泵進(jìn)行檢修時(shí)，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行工作轉(zhuǎn)速動(dòng)平衡，調(diào)整瓦間隙，調(diào)整對中（圖1）。2018年10月13日試車，泵兩端振值超過標(biāo)準(zhǔn)值（振動(dòng)通用標(biāo)準(zhǔn)4.5 mm/s），尤其是泵負(fù)荷端水平方向振值達(dá)到11.4 mm/s（圖2）。通過現(xiàn)場測得的頻譜圖進(jìn)行分析，泵負(fù)荷端水平方向振值以工頻為主導(dǎo)頻率，有較為突出的峰值，高次諧波分量較小，時(shí)域波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，軸心軌跡為橢圓，且相位比較穩(wěn)定無波動(dòng)。分析后認(rèn)為，造成該泵振動(dòng)超標(biāo)的主要原因是泵轉(zhuǎn)子存在不平衡現(xiàn)象。

圖1 機(jī)組概貌

圖2 泵負(fù)荷端水平、垂直方向頻譜圖

3.2 現(xiàn)場動(dòng)平衡過程

由于該泵不具備解體檢修的條件，與現(xiàn)場設(shè)備管理人員溝通后決定對該泵進(jìn)行現(xiàn)場整機(jī)全速動(dòng)平衡。2018年10月14日，專業(yè)技術(shù)人員攜帶便攜式現(xiàn)場動(dòng)平衡儀器到現(xiàn)場對該泵進(jìn)行現(xiàn)場整機(jī)全速動(dòng)平衡，通過2次試轉(zhuǎn)，最終加重210 g，泵負(fù)荷端水平方向從11.4 mm/s降低到3.4 mm/s，其他各測點(diǎn)振動(dòng)值也均下降到標(biāo)準(zhǔn)值以下，動(dòng)平衡試驗(yàn)成功（表2）。

表2 動(dòng)平衡前后P321B泵各測點(diǎn)的速度值mm/s

3.3 后續(xù)跟蹤

中心技術(shù)人員在對給泵做完動(dòng)平衡試驗(yàn)后又持續(xù)跟蹤該泵運(yùn)行情況3個(gè)月，運(yùn)行一直很穩(wěn)定，振動(dòng)值無明顯上升（圖3）。3個(gè)月后該泵解體檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，泵軸表面有損傷，這也證明“動(dòng)平衡原因造成該泵運(yùn)行時(shí)振動(dòng)超標(biāo)”的結(jié)論是正確的。

圖3 動(dòng)平衡后泵負(fù)荷端水平方向波形頻譜圖

4 經(jīng)驗(yàn)分享

整機(jī)全速動(dòng)平衡技術(shù)目前應(yīng)用于大型離心壓縮機(jī)、離心風(fēng)機(jī)的成功案例已經(jīng)比比皆是，但是應(yīng)用在離心泵上的還不是很成熟，主要是由于一些單級(jí)離心泵葉輪較小，整個(gè)軸系長度較短，且無合適的加重位置，所以應(yīng)用起來效果不是很理想。但是，針對一些沒有時(shí)間解體檢修的離心泵，可以嘗試用現(xiàn)場整機(jī)全速動(dòng)平衡技術(shù)來短期內(nèi)保證泵的運(yùn)行質(zhì)量，等裝置具備條件時(shí)再解體、將轉(zhuǎn)子抽出進(jìn)行上機(jī)動(dòng)平衡校驗(yàn)工作。