离心泵振动超标原因分析与对策

离心泵振动超标原因分析与对策

王兆华,刘江松,鲁宪华

大港油田第二采油厂

摘要：由于离心泵设备结构简单、流量均匀、运行稳定可靠、检修方便等特点，广泛应用于乙烯工业生产，具有理想的应用效果。乙烯工业生产过程中，仪器设备的连续性要求较高，需要注重在线设备运行的安全性和稳定性。因此，积极开展离心泵振动故障的诊断和处理十分重要。本文主要分析离心泵振动超标原因分析与对策。

关键词：离心泵；振动；原因分析；对策

引言

机泵作为化工行业中的主体设备，其良好运行状态是装置长周期运行的重要保障，但在实际运行过程中，机泵故障时有发生，其中振动就是常见的故障之一，且具有复杂性、多样性。中化泉州石化有限公司汽油加氢装置新氢压缩机冷却水泵自投用以来时常出现电机、泵轴向振动值超标情况，并进一步引发轴承损坏、密封泄漏等故障，一方面影响设备自身安全运行，另一方面该泵为机组冷却系统的动力设备，频繁故障对机组平稳运行造成一定的影响。因此，消除设备运行隐患，才能保障装置的长周期运行。

1、离心泵振动故障类型分析

离心泵振动缺陷类型有:转子不平衡或不正确、轴明显弯曲、转子支承件连接松动、移动机械密封件摩擦、轴承件各种故障等。这些缺陷反映了一个重要特征，即机器存在异常振动现象，伴随着明显的噪音。离心泵振动信号可以对时域和频域离心泵故障信息作出反应，其中时域主要是离心泵实际工作状态的问题，频域主要是离心泵设备故障类型，具体部分因此，在离心泵振动缺陷分析中，频谱分析方法应用频率较高，故障类型如下:(1)转子不平衡:离心泵转子不平衡主要反映在转子水平振动与垂直振动90的相位差上。(2)转子轴耦合异常现象:如果轴耦合异常现象平行发生，振动频率将为双频。由于轴耦合偏心角的异常现象，转子可能引起轴内工频振动现象。并联极化中立现象是上述两种情况的综合体现不仅引发转子径向振动和轴向振动的现象，轴向振动的相位差变为180，径向振动成为相同的相位差。此特征是无效角度的重要表现。(3)轴承座的异常现象:振动频率是工业频率，但同时伴随着两次和三次频率。如果滚动轴承出现异常现象，则n乘数是最直接的表达式，径向和轴向振动显而易见。(4)轴承弯曲现象:主工频振动频率有时伴随出现双频或三频，其双频小于三频。(5)基本脱附现象和轴承脱附现象:如果是基本脱附，在工频振动中较为明显，半径较大，垂直振动较明显，轴向振动较小，甚至更为正常。当轴承脱位时，振动频率反映为工业频率或2x频率。(6)转子次组合分离现象:振动频率为工业频率，可能出现1/2或1/3的分数频率和倍数频率等。

2、离心泵振动故障检测及原因

对于离心泵故障类型的具体判断过程，应用算子的频繁频谱分析方法不仅精度高，而且速度非常快。实际上，无论离心泵是否出现故障，其表现形式都是频率，而离心泵故障引起的大多数振动都是强迫振动，强迫振动的频率和输入频率明显相等，为判断故障类型提供了理论依据。21-P-225型泵的振动缺陷主要表现为泵末端振动过大，特别是在级别上。在实际测量的频谱中，发动机工业频率幅度较大，而双频幅值超过有关标准，时域影响也很大，水平方向和垂直方向之间的振动相位差约为180。如果树的弯曲方向不对，通常有三种情况:平行中心现象、偏心角中心现象和平行偏心角中心现象。如果出现平行异常现象，振动频率将是转子频率的两倍；如果这是偏心角的异常现象，则附加的抗弯力矩会导致两轴中心线偏心角减小，当轴旋转一周时，弯矩的作用方向可能会改变一次，因此偏心角会导致轴向力增大如果这是不正确的平行偏差，则将这两种情况合并在一起。因此，21-P-225泵振动故障类型是平行偏心的异常现象。

3、解决措施

通过以上排查分析结果可知，解决泵组轴向力问题成为消除振动故障的关键。根据单级离心泵的结构特点，可采取以下轴向力的平衡方式:

3.1改为双吸式叶轮

此形式叶轮的两侧是对称的，轴向力会互相抵消而得到平衡。

3.2更换止推作用显著的轴承

使用止推轴承可以承受轴向力，还能避免水泵的容积损失和水力损失。

3.3梅花联轴器更换为膜片联轴器

膜片联轴器是一种高性能的金属强元件挠性联轴器，能补偿主动机与从动机之间由于制造误差、安装误差、承载变形以及温升变化的影响等所引起的轴向、径向和角向偏移。对以上轴向力平衡方法可实施性进行论证，前三种方式受泵组结构空间及成本限制实施难度较大;第四种方法操作相对简单，但会增大泵的内部泄漏量，降低泵效率;第五种方式操作简单、成本较低、加工时间短，实施性较强，可优先选择。另外从联轴器空间及该泵不受偏心影响方面考虑，可选择单膜片联轴器。

4、防治措施

API610规定，最佳效率点流量的70 %至120 %是泵的允许工作空间。选择泵时，应严格参照泵的性能曲线选择泵的工作点，使泵的工作点处于最佳工作状态区域，以避免泵长期工作状态下产生的振动当用户现场工作状态变化时，应调整泵的工作点，方法是将泵的特性曲线切割成叶轮的外径，在泵输出管路上安装调节阀，以改变装置的特性曲线等。

泵体的蜗轮室主要是螺旋压力室，滑轮与车轮输出之间的径向间隙是影响振动特性的重要参数。由于间隙太小而无法降低泵效率，因此需要通过计算和分析找到较高的间隙值范围，以确保在泵效率损失较小的情况下降低压力脉动值并减少振动。

为避免泵轴弯曲造成转子不平衡，在机组长时间停机时，只要轴向同一方向旋转120，就应定期检查传动装置；此外，由于叶轮的铸造、加工和制造等错误，也可能导致转子不平衡加剧。为避免叶轮过度不平衡振动，需按GB/T9239.1G2.5级对泵转子零件进行动态平衡试验，通过切割罩-叶轮前后板实现平衡叶轮的目标。切割量不得超过的三分之一。

转子刚度对于防止振动和提高泵运行稳定性至关重要，包括通过提高轴刚度。通过专利的实施，树的刚性至少可以提高20%。它还解决了传统的门到门离心泵的问题，由于轴不够刚性，这些泵的密封寿命较短，甚至出现了共振现象，导致严重的破坏性事故。

定期检查轴承是否运转良好，及时更换损坏的轴承；合理选择润滑油和润滑方法，定期更换润滑油，以改进轴承密封装置，避免因润滑不良而损坏轴承，从而造成振动；轴承冷却应采用冷却液储液罐而不是冷却液储液罐外圈，冷却液储液罐外圈可减小轴承内间隙，导致轴承故障。

底座的结构尺寸符合610 API附录d的标准底座尺寸。与标准API底座相比，底座由底座独立结构和整体结构的原泵底座进行优化，以避免联接螺栓强度不足引起的振动。

调整组同轴度，用千分尺测量轴联轴器的轴向跳动和径向跳动。轴的最大公差控制在0.05mm范围内，径向的最大公差控制在0.1mm范围内。此外，必须在轴联轴节的端点之间留出必要的间隙，以确保两个轴在操作过程中的有限轴向运动。

结束语

引起多级立式离心泵振动高原因很多，项目组在处理过程中排除了螺栓松动、对中不良、润滑不良、基础不牢等多种因素，最终将原因锁定在泵支架刚度不足。在制定处理方案时，通过综合对比方案的实施效果、实施成本，制定了更换轻电机及配套电机支架的解决方案。在方案实施过程中，项目组严格把关，确保电机生产质量。最终新电机安装到现场带载运行时，振动值达到优越值，成功解决该核电站ACO泵组振动高的问题，保障了机组的安全稳定运行。

参考文献：

［1］陆永安．单级离心泵轴向力的消除［J］．设备管理与维修，2017(17):45－46．

［2］石油化工机械设备安装工程施工及验收通用规范:SH3538—2017［S］．北京:中国石化出版社，2017．

［3］沈阳水泵研究所．离心泵技术条件(Ⅱ类):GB/T5656—2008［S］．北京:中国标准出版社，2018．

［4］王其磊，陈国栋．多级离心泵转子的流固耦合特性及试验分析[J].流体机械,2015,43(7):10－15．

［5］王宇飞,张勋,丁雪兴.基于频谱分析的离心泵故障诊断[J].化工机械，2015(6):854－856．