液體激振力引起離心泵振動分析和解決

李 明 阿卜杜艾尼 郭鳳鳳

克拉瑪依石化公司檢維修中心 新疆克拉瑪依市

引起離心泵振動的原因有多種，常見的有：機械問題，如轉子動不平衡，動靜摩擦，軸不對中，基礎松動等；附屬管路上管線憋勁；工藝操作上泵出現抽空、氣蝕現象。還有一種振動情況與液體激振力有關，下面分析克拉瑪依石化公司石化裝置離心泵由液體激振力引起振動超標的原因以及改造措施。

一、振動特點與原因分析

現場跟蹤和測量液體激振力引起泵振動的特點如下：①振動主要表現在泵的前端軸承（即泵聯軸器側）存在水平或垂直方向的振動比較大，振動值幾乎都達到10～12mm/s。②泵的蝸殼或是出口管線段明顯有較大的振動，約為7～8mm/s。③機泵振動各頻率上，幅值最大的為3倍轉速頻率，而這些泵葉輪葉片數都為3。

1.泵在流量偏小的工況下運行

以催化回煉油泵P-207/1為例，制造廠家提供的最佳工況點流量139m3/h，揚程180m，可以計算出該泵的比轉速為43.6，當離心泵比轉速處于30～80區間時，就屬于低比轉速，低比轉速運行下的泵內液體流速高，沖擊損失大。

根據實際流量，計算泵的實際運行流量占額定流量百分比。一般要求離心泵的工作點能落在最佳效率點流量的70%～120%內，這個范圍為離心泵的優先工作范圍。當泵工作流量偏小時，在運行中可能會進入泵的不穩定工況區，導致產生噪聲或振動大。

2.泵較少葉片數產生了較大的壓力脈動

由于葉輪復雜的幾何形狀，蝸殼非對稱的幾何結構，流體黏性以及葉輪、蝸殼動靜部件間的相互干涉等，使得離心泵內的流動為具有強旋轉效應的全三維、黏性、非定常的極其復雜的湍流流動[1]。實驗記錄顯示，各流量下，機泵在葉片通過頻率上存在非常突出的壓力脈動峰值。因為葉片通過頻率是由葉輪和蝸殼之間的動靜干涉引起，所以葉輪與隔舌間的動靜干擾是產生壓力脈動的主要原因。在不同工況下，葉片通過頻率是壓力脈動和流動噪聲的主頻[2]。機泵的振動和壓力脈動又有著直接的聯系，脈動越大，則導致的振動越大。在設計流量下的壓力脈動幅值最小，而泵一旦偏離設計流量運行時，脈動幅值將會增大[1]。

對于低比轉速離心泵，通常采用的葉片數為5～7。機泵廠家采用3葉片數葉輪，一方面考慮為了改善泵的駝峰曲線性能，使機泵的節流特性穩定；另一方面對于從加工制作角度上，尤其是低比轉速離心泵的葉片數少的葉輪加工較為容易。上述離心泵都采用了3葉片數的葉輪，其振動原因都是由葉片產生較大的壓力脈動造成的。

葉片表面流體動力負荷系數反映了流體作用在葉片表面壓力差的大小。所以流體動力負荷系數越大，流道內的二次流也越強，離心泵葉輪葉片數過少會增大葉片負荷[3]。

所以，上述泵振動的根本原因是選擇了最少的3葉片，在偏離最佳工況點的條件下運行，產生了較大的二次流，引起壓力脈動產生的流體激振力作用造成振動，反映在葉片通過頻率上的振幅幅值最大。

二、改進措施

1.切割葉輪外徑

葉輪切割后，使特性曲線向下移動。泵處在流量偏小的工況，富裕揚程使得泵內部流體激振力作用相對較大。通過葉輪切割，葉輪出口的絕對速度和出口截面積會減小，從而機泵的揚程會有所降低，流體產生的激振力隨之降低[4]。

切割葉輪后，流量會降低，可通過調節閥門改變管路特性，以維持流量滿足工藝要求。

以含硫污水泵P-5402/B為例，葉輪直徑Φ390mm，車修葉輪至Φ370mm，機泵前端的振動值由原先的9～10mm/s降為4mm/s。

2.改變泵的轉速

降低泵的轉速，泵的特性也就發生變化，處于蝸殼內部的介質流速就會降低，對葉輪及蝸殼的沖擊就會減弱，相應地泵的振動就會減小。改變轉速后的機泵性能曲線趨勢和葉輪切割相同。

目前可供采用降低機泵轉速的方法之一，就是安裝機泵電機變頻器，對于有大范圍流量調整時比較方便，還具有一定的節能作用。

3.改變葉輪葉片數

當葉輪葉片數由3片增至4片時，流道內各參數將出現較大變化。與流體接觸的葉片表面由原來的6個增加到8個，雖然表面摩擦損失有所增加，但是由于葉輪內部二次流強度大幅度減弱，葉片負荷也有所降低，所以流體的壓力脈動會減弱。

重新設計催化泵P-207/1的葉輪葉片，葉片數由3片增至4片，葉輪外形尺寸沒有改變，泵的振動明顯地從原先的9mm/s降至為3mm/s。

三、結語

（1）石化行業使用油泵大多都是低比轉速離心泵，盡可能保證泵的實際工況在設計最佳工況點附近，對泵的平穩運行有重要的意義。

（2）離心泵選取3葉片數的葉輪，會導致泵內液體激振力較強，尤其是在偏離最佳工況點時增大趨勢明顯。在低比轉速泵選型時應予考慮。

1 王洋，代翠.離心泵內部不穩定流場壓力脈動特性分析[J].農業機械學報，2010，41(3)：91—94

2 袁壽其，薛菲，袁建平.離心泵壓力脈動對流動噪聲影響的試驗研究[J].排灌機械，2009，27(5)：21—24

3 李文廣，鄧德力，蘇發章.輸送水時葉片數對離心油泵性能的影響[J].水泵技術，2000(3)：5

4 赫爾姆特.舒爾茨.泵原理、計算與結構[M].吳達人等譯.13版.機械工業出版社，1991