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浅析离心泵振动的原因及防治措施

发表时间：2021/6/10 来源：《中国科技信息》2021年7月作者：沈静

[导读] 泵作为一种重要的能量转换装置和流体输送设备，广泛应用于航空航天、核电站、城市供水、石油化工和船舶等国民经济的各个领域。在一些重要场合，泵机组出现故障后，会带来严重的经济损失。由泵振动超标引发的故障在其中占了很大的比重，已成为影响离心泵安全稳定运行的重要因素。

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摘要：泵作为一种重要的能量转换装置和流体输送设备，广泛应用于航空航天、核电站、城市供水、石油化工和船舶等国民经济的各个领域。在一些重要场合，泵机组出现故障后，会带来严重的经济损失。由泵振动超标引发的故障在其中占了很大的比重，已成为影响离心泵安全稳定运行的重要因素。
关键词：离心泵；振动；防治
        前言
        在机械设备中，离心泵是重要流体输送设备，其运行的稳定性和可靠性可以直接影响整个工艺制作过程中系统的稳定与安全性。由于泵自身的振动性，每年都需要投入大量人力和物力进行定期维护。既耗费时间又耗费人力，但同时也具有重大的安全风险。本文主要研究和阐述了泵的振动现象、原因和解决方案。
        1振动原因排查分析
        用户在现场选择的离心泵是API610标准的BB2型泵，该泵顶进顶出，两级叶轮。电机和泵都采用油环自润滑结构。
        1.1进出口管道直径较大，缺乏支撑
        在进行现场施工的过程中测量泵轴承箱的驱动侧和非驱动侧的振动值时，发现振动速度达到18mm/s，主管路的振动尽然高达20mm/s。现场施工人员需要将3台泵的入口和出口处的整个主管路下降500mm，将出口管的直径从出口直管段+变径+直接外头，修改为出口变径+直管段+弯头。可以通过在进水和出水口的管线上增加辅助弹性支撑，通过两次调整与优化后，泵轴承箱的振动速度下降到约12mm/s。
        1.2工艺管道存在安装应力
        松开3台泵入口和出口的法兰以及泵支脚上的所有紧固螺栓和螺母后，将它们重新连接。同时，进一步调整正联轴器使其居中，并且将公差控制在±0.1mm之内。此时，泵轴承箱测得的振动速度值如下：A泵5mm/s，B泵6mm/s。
        1.3底座灌浆不完全
        根据现场调查显示，在对泵基础进行二次灌浆期间发现施工方没有填补泵底座中的间隙。施工人员必须按照API686规范标准将三个泵的基座全部注入水泥浆之中。在对3个泵的轴承箱的振动进行测量后发现，3个泵的振动测量速度值都已增加到10mm/s，主干线振动速度约为12mm/s。通过上述分析表明，底座变形可能是由灌浆所引起的，最终使泵的位置发生了移动从而导致振动增加。因此需要重复进行3.2节的作业。
        1.4叶片与蜗壳间隙对泵振动的影响
        叶轮叶片与蜗壳之间的径向间隙值过小也可能是引起振动超标的主要原因之一。国外将这种现象称为“叶片流道综合征(Vanepassingsyndrome)”。当介质流过该小通道时，液体的流速升高，液体压力下降，当液体压力降低至汽化压力以下时，液体发生局部汽化，产生气泡，气泡在高压下破裂，导致喉部发生汽蚀，引起泵的振动。
        1.5转子不平衡引起的振动当泵机组运转时，转子总是围绕自己重心所在的轴线旋转，当转子重心和回转中心不重合时，就会产生偏心质量。在高速旋转的过程中，即使是很小的质量偏心，也会产生很大的偏心力，该偏心力作用于支撑轴承上，诱发轴承部位的振动。此外，转子不平衡还会造成口环间磨损加剧，使得口环间隙增大，叶轮出口处的高压液体经过间隙，回流到泵进口的低压区，造成叶轮进口处介质流态稳定性变差，引起振动。

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        1.6轴承原因引发的振动
        轴承是机泵设备的重要部件，在设备运行过程中一直处于高速旋转状态，起着连接固定件与转动件的作用。轴承润滑油选型不当、变质、杂质含量超标及润滑管路不畅导致的润滑故障，会造成轴承工况恶化，引起振动；轴承安装或冷却方式不当，会影响轴承游隙，诱发机组振动。
        2防治措施
        （1）API610中规定，最佳效率点流量的70%~120%为泵的允许工作区，在泵选型过程中，严格参照泵的性能曲线进行选型，使泵的工况点尽量处于最优工况区，避免选型不当造成泵运转过程中因长时间偏工况运行引起的振动；当用户现场的工况发生改变时，通过切割叶轮外径改变泵特性曲线，在泵的出口管路安装调节阀改变装置特性曲线等方法，调节泵的工况点。
        （2）泵体蜗室多为螺旋形压出室，隔舌与叶轮出口的径向间隙是影响振动特征的一个重要参数。叶轮与隔舌间隙δ的计算公式如下：其中D'2—切割后叶轮直径mm；D3—压水室基圆直径mm。随着径向间隙的增加，泵内的压力脉动幅值先急剧下降，至脉动幅值的4%后缓慢降低。但是由于间隙过大会使泵效率下降，因此需要通过计算分析，寻找一个较优的间隙值区间，在泵的效率损失不大的条件下，保证压力脉动幅值的降低，减小振动。
        （3）为防止因泵轴弯曲造成的转子不平衡，在机组长时间停机运行的情况下定期盘车检查，每次将轴沿同一方向旋转120?；此外由于叶轮的铸造、加工制造等误差，也会造成转子不平衡量增大，为防止叶轮不平衡量过大产生振动，对泵的转子部件按GB/T9239.1G2.5级做动平衡试验，通过切削叶轮的前后盖板达到平衡叶轮的目的，切削量不得超过盖板厚度的1/3。
        （4）转子刚性对于防治振动和提高泵的运转稳定性非常重要，其中很重要的一点是提高轴的刚性。为此，西安泵阀总厂有限公司专门申请了一项专利—提高悬臂式离心泵转子刚性的结构。通过该专利的实施，轴的刚性至少可以提高20%以上。同时也解决了传统悬臂式离心泵由于轴系刚性差导致的轴封寿命短，甚至出现共振现象，严重时造成破坏性事故的问题。
        （5）定期检查轴承的运转情况是否良好，及时更换有损伤的轴承；合理的选择润滑剂和润滑方法，定期更换润滑剂改善轴承密封装置，避免因润滑不当造成轴承损坏，进而引发振动；轴承的冷却应该采用冷却油池而不是冷却轴承外环，冷却轴承外环会减小轴承的内间隙，导致轴承故障。
        （6）采用联合焊接底座的形式以提高底座的强度，底座的结构尺寸满足API610附录D中标准底座的尺寸。与API标准底座相比，机座基础由原来的泵座、底座分离式结构优化成整体式结构，避免因连接螺栓强度不足导致的振动。
        （7）调整机组的同轴度，用千分尺测量联轴器的轴向和径向跳动。轴向最大允差控制在0.05mm的范围内，径向最大允差控制在0.1mm的范围内。此外，联轴器端面之间应留有所要求的间隙以保证两轴在运转过程中做限定的轴向移动。结束语综上所述，造成泵振动的原因是多方面的，它与设备的选型、设计以及安装工艺等都有很大的关系。在很多情况下，其实可以通过提高对水力的设计、加工和安装质量，将机组振动控制在相关标准规定的范围之内，保证装置长期安全的运行。
        结束语
        在施工的过程中，离心泵振动是最普遍、最容易出现的故障之一，而且造成这种故障的因素具有多样性。如果在现场使用期间发生异常振动的情况，通常不能简单地将其视为设备的质量问题，还需要分析外部和内部因素。常见的外部因素有：设备安装，管道布局，共振等，内部因素有：振动数据变化等。因此，在解决振动问题的过程中，必须首先确定振动原因并制定有针对性的规划设计。在现实生活中，通常采用频谱分析仪等设备并结合经验和理论进行详细分析，从而才可以快速、准确地发现并解决问题。
参考文献：
[1]关醒凡.泵的理论与设计[M].北京：机械工业出版社，1987．
[2]刘红云.离心泵振动原因分析和解决方案[J].炼油技术与工程，2009,39（6）．
[3]易超,朱铁光,胡学文,等.炼油企业泵振动故障诊断[J].石油化工设备技术.2016,27(2):62-64.