多級離心泵振動原因分析及解決辦法

胡桂清，王兵和，陳存利，王永祥，劉 炎

（1. 中國石油撫順石化公司， 遼寧 撫順 113004； 2. 中國石油東北化工銷售撫順分公司， 遼寧 撫順 113008）

多級離心泵振動原因分析及解決辦法

胡桂清1，王兵和1，陳存利1，王永祥1，劉 炎2

（1. 中國石油撫順石化公司， 遼寧 撫順 113004； 2. 中國石油東北化工銷售撫順分公司， 遼寧 撫順 113008）

對多級離心泵的異常振動原因進行查找分析 ，將止推間隙、平衡盤問隙，葉輪口環與泵體口環導葉口環之間的間隙做了合理的調整，密封腔直口與泵體的同心度，首級葉輪殼體腐蝕嚴重穿腔，進行補焊處理，對泵體產生振動的原因進行簡單的闡述 ，并提出有針對性的解決方法，最終使泵達到良好的運行狀態。

多級離心泵；振動；間隙；同心度

遼寧省撫順市乙烯化工廠乙二醇車間乙二醇工段冷凝液循環.泵由美國英格索蘭設計制造，為多級離心泵 ，型號 3x9-7，流量 45 m3/h，揚程 416m，級數7級，轉數 2 975 r/min。它是將冷凝液緩沖罐V402中140 ℃、0.2 MPa的工藝冷凝液加壓到4.8 MPa后，絕大部分由FV404控制流量輸送到M401與≤44%環氧乙烷水溶液充分混合后在進入 R401反應器反應生成乙二醇，另一部分由FV403調節閥的控制下將多余的冷凝液送回 V402罐，該泵從1989年投用至今已運行近20多年，中間經多次維修，經常出現流量緩慢下降，泵體振動緩慢上升，開始認為是機泵轉子葉輪與泵體口環發生摩擦和口環間隙過大造成的，多次拆檢裝配后，問題依然沒有根本性解決，且泵的振動狀況還和以前一樣，快速增長[1-3]。

1 泵體振動的原因分析

1.1 轉子與泵殼體的同心度

泵經過多次檢修后，在每次投用試車就表現出振動大，而且是泵出入口端徑向振動較大，軸向振動在正常范圍內，之后振動值成倍增長，在對泵進行拆檢時，發現泵葉輪口環與泵殼體口環有明顯的偏磨，于是對殼體口環位置進行測繪，結果殼體中心位置與其中段口環中心相差0.27 mm.由于泵入口殼體腔體嚴重腐蝕，將原來的殼體去除，做了一塊材質相當的不銹鋼板焊接代替，結果口環中心位置沒有找好，與其中段口環中心相差0.27 mm;造成泵體同心度偏差，這是泵振動的重要原因。泵入口殼體沖刷腐蝕狀況如圖1所示。

圖1 入口殼體沖刷腐蝕狀況Fig.1 Status of brushing corrosion on discharge shell

1.2 泵頭密封腔體止口與末級殼體配合間隙大

在對泵各個配合間隙位置進行測繪檢查時，發現此泵頭密封腔體止口與末級殼體配合間隙大，間隙為0.56 mm,密封腔體止口直徑為198.94 mm,殼體直徑為199.50 mm。

密封腔體從泵投入運行到現在已更換了3個腔體了，并且每個腔體都是有廠家現場測繪制造的，而且還不是同一個廠家制造的。所以在測繪的過程中難免有一些很小的誤差，再者腔體的材質是碳鋼，如果保存不好就會生銹，在除銹的過程中也會造成間隙增大的可能。

1.3 轉子的軸向竄量調節不合理

最初在對泵體拆卸過程中，將泵軸竄量進行了測量，在將平衡盤取下，將其余的葉輪固定作為一個整體推向泵入口側測得的數位1.8 mm，在拉向出口端時測得的數為6.5 mm,這樣得出泵的總竄量為4.7 mm,這與廠家給出的b1為 1.8 mm，b2為 1.8 mm，總竄量為 3.6 mm有很大的出入。說明對其中磨損嚴重的葉輪必須換，在對其中磨損嚴重的5片葉輪更換后，重新測得泵的總竄量為4.4 mm,的值在水泵運行的時候是很重要的，因為在軸向力的作用下，轉子總是向進口端，即向著入口端方向運動，在泵運轉以后，由于軸向力作用會使轉子向泵的人口側竄動，而平衡盤間隙過小，會導致平衡盤和平衡座旋轉摩擦。因為無論平衡盤和平衡座所構成的平衡室面積有多小，它所產生的平衡力永遠都小于軸向力。就一定會造成平衡盤和平衡座的刮磨而使泵體產生強烈振動。

1.4 口環間隙過小

口環間隙設定合理，是保證泵正常運行時流量和壓力穩定的前提條件，也是避免轉子葉輪和泵殼體口環在泵的啟停運行過程中發生碰撞摩擦，合理設定泵口環間隙應考慮的因素包括軸的撓度、軸的熱脹冷縮，轉子晃動量及間隙余量等。泵在靜止時的撓度一般在 0.02～0.03 mm，運行時的撓度一般在0.05～0.08 mm，而測得泵的靜撓度為0.02，由于葉輪與泵殼體，導葉口環有摩擦，當泵經過多次檢修后間隙將會發生變化，此泵口環間隙出廠時的設計最大為 0.3 mm。而轉子現在的材質發生了改變，在相同的溫度下，不同的材質轉子的膨脹系數是不同的，所以口環間隙與原設計也有很大的差別。現在葉輪的材質為304不銹鋼，在20～200 ℃的溫度范圍內它的膨脹量為0.16 mm。葉輪口環的徑向膨脹量一般在 0.16 mm左右。綜合上述幾個數字來考慮，其口環的間隙應該控制在 0.40 mm左右.經過多次檢修后，每次的裝配口環間隙一直以廠家的數值為參考，但每次都會出現裝配之后試運行時泵體振動，解體之后發現口環磨損的情況，尤其以 1級、2級偏磨的最為嚴重,而口環間隙任以廠家設定為主，裝配后試運行泵任然振動，拆檢后發現口環有磨損的痕跡。測得各級葉輪口環間隙如表1，表2，說明泵的口環間隙小。

表1 葉輪入口與殼體口環的間隙Table 1 Clearance between impeller entrance and shell choma

表2 葉輪出口與導葉口環的間隙Table 2 Clearance between impeller discharge and guide vane choma

2 解決方法

2.1 泵殼體進行補焊修復處理

對P402A泵殼體進行補焊處理，補焊處理后的殼體如圖2所示，P402B泵體將原來的車掉，用材質相仿的鋼板代替，由于鋼板在焊接過程中出現微小變形，導致與密封腔的同心度出現差錯，最終引起泵振動，最好將口環部位補焊，車削找回同心度。

圖2 殼體補焊處理后的狀況Fig.2 The status of shell after welding treatment

2.2 對泵密封腔止口補焊修復處理

對密封腔止口處間隙補焊一圈后，車削到199.500

-0.04mm，達到過盈配合的要求。徹底解決了密封腔體下沉，造成腔體與殼體不同心而引起的振動。

2.3 更換導葉口環殼體口和環調整間隙

將所有的導葉口環和殼體口環進行了更換，并調整好間隙。調整后的口環間隙如表3和表4表所示。

表3 調整后的葉輪入口與殼體口環的間隙Table 3 Clearance between impeller entrance and shellchoma after adjustmen

表4 調整后的葉輪出口與導葉口環的間隙Table 4 Clearance between impeller discharge and guide vane choma after adjustment

考慮到軸的撓度，軸的中間撓度最大，也就是3級和4級葉輪相對應的部位應該是最大撓度處，所以將這兩處的口環間隙設定值比其它的大一點，同時在滿足泵正常運行條件情況下，將中間 3、4級葉輪口環的間隙設定為 0.42 mm和0.44 mm,其它的一樣為0.4 mm,進行裝配，這樣裝配可以有效避免了多級泵在檢修后因軸的撓度而在中間與口環撫順摩擦引起泵的振動和偏磨的現象，同時也延長了口環的使用壽命。在將部分葉輪更換后，還將轉子整體進行動平衡測試，平衡精度 G2.5，徹底消除了轉子的不平衡力。動平衡的轉數為3 000 r/min。

2.4 合理調節軸向竄量

多級泵運行中由于軸向力的存在和平衡裝置的作用，使泵轉子處于動態平衡，即轉子不停的左右竄動，竄動量一般在 0.10～0.15 mm 之間，考慮到轉子始終是向著進口方向運動，而且這種運動趨勢始終存在。這種情況只有合理調整止推間隙來控制平衡盤的軸向竄量，才可以保證平衡盤不會刮磨到平衡座。為了保證泵在運行過程中葉輪處于中間位置，根據經驗，將平衡盤內側車削0.8 mm后，然后在內測增加2 mm的調整墊，使向入口端移動間隙為2.4 mm, 使出口端移動間隙為2 mm后，這樣調整充分考慮到泵在啟停過程中轉子還沒有完全達到動態平衡時，造成平衡盤與平衡座之間的摩擦。

3 效果分析

通過對泵進行系統拆檢，對可能影響泵振動所有部位細致檢查，找出了問題所在，對問題進行了處理。消除了泵體振動，使離心泵運轉周期大大的延長。該泵從2011年5月開始運行，以12個月的時間，基本上保持良好的各種性能指標。

［1］黃志達．旋轉設備運行及故障分析[M]．大連：大連理工大學出版社，1989.

［2］潭晚件．設備管理與維修[M]．2版．北京：中國石油出版社，1999.

［3］關醒凡.現代泵設計手冊[M].北京：宇航出版社,1995.

Analysis on Vibrating Causes of Multistage Centrifugal Pumps and Solutions

HU Gui-qing1, WANG Bing-he1, CHEN Cun-li1, WANG Yong-xiang1, LIU Yan2
（1. PetroChina Fushun Petrochemical Company, Lioaning Fushun 113004, China；2. PetroChina Northeast Marketing Company Fushun Branch, Lioaning Fushun 113008, China）

Abnormal vibriation reasons of multistage centrifugal pumps were analyzed, then some measures were carried out, such as rationally adjusting the clearance of thrust, clearance of balance disk, clearance between impeller ring and pump mouth ring, checking concentricity between direct export of seal cavity and pump body, welding the place where breakage happened in the first stage impeller casing because of severe corrosion. At last, the pumps can run very well.

Multistage centrifugal pump; Vibration; Clearance; Concentricity

TQ 051

A

1671-0460（2012）06-0651-03

2012-05-05

胡桂清（1966-），女，遼寧撫順人，1989年畢業于撫順石油學院化工機械專業，研究方向：從事設備管理工作。E-mail：eohgq@petrochina.com.cn。