離心泵振動故障判斷及處理措施

韓德東 鮑春榮 劉同玲 閆海 邢河寧

摘要：在油田離心泵的現(xiàn)場運(yùn)行中，由于電氣、機(jī)械、水力等各方面的原因以致離心泵機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動，從而造成離心泵噪音超標(biāo)、機(jī)械密封損壞、基礎(chǔ)松動等多種故障，本文以義和站型號為10SH-6A型污水外輸泵為例，對離心泵產(chǎn)生振動的各種原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：離心泵；振動；污水處理

一、前言

在油田離心泵的現(xiàn)場運(yùn)行中，由于電氣、機(jī)械、水力等方面的原因致使離心泵機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動，就機(jī)械因素而言主要有以下幾方面原因：電機(jī)和泵轉(zhuǎn)動部件質(zhì)量不平衡、安裝質(zhì)量不良、機(jī)組軸線不對稱、擺度超過允許值，零部件的機(jī)械強(qiáng)度和剛度較差、軸承和密封部件磨損破壞，以及泵臨界轉(zhuǎn)速出現(xiàn)與機(jī)組固有頻率一致引起的共振等，都會產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動和噪音。在水力方面由于水泵進(jìn)口流速和壓力分布不均勻，泵進(jìn)出口工作液體的壓力脈動、液體繞流、偏流和脫流，非定額工況以及各種原因引起的水泵汽蝕等，都是常見的引起泵機(jī)組振動的原因。水泵啟動和停機(jī)、閥門啟閉、工況改變以及事故緊急停機(jī)等動態(tài)過渡過程造成的外輸管道內(nèi)壓力急劇變化和水錘作用等，也常常導(dǎo)致泵體和管線產(chǎn)生振動，從而造成離心泵噪音超標(biāo)、機(jī)械密封損壞、泵軸彎曲、基礎(chǔ)松動等多種故障 。下面針對10SH-6A型污水外輸泵現(xiàn)場應(yīng)用中所出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

二、泵體振動造成的影響

義和站10SH-6A型污水外輸泵，流量468m3/h，揚(yáng)程54m，配用功率110kW。我們運(yùn)用設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)對污水外輸泵進(jìn)行了狀態(tài)檢測，根據(jù)狀態(tài)點(diǎn)檢實施指導(dǎo)及設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)，在電動機(jī)、水泵的前后軸承處設(shè)置了水平、垂直、軸向共12個測點(diǎn)，經(jīng)檢測泵存在振動和噪音超標(biāo)的問題。

圖2-1 污水外輸泵測點(diǎn)布置示意圖

由于離心泵機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動，對泵的部分零部件造成了不同程度的損壞。

1.泵基礎(chǔ)及管線支墩的損壞

在泵體強(qiáng)烈振動可能導(dǎo)致泵基礎(chǔ)的斷裂、軸承約束松弛、過大的軸承間隙，地腳螺栓的松動，在基礎(chǔ)出現(xiàn)松動的情況下，除了產(chǎn)生轉(zhuǎn)頻振動外，還會發(fā)生旋轉(zhuǎn)基頻的高次諧波振動及等分?jǐn)?shù)諧和共振，使任何已有不平衡、不對中所引起的振動問題更加嚴(yán)重。

2.機(jī)械密封失效

由于泵在運(yùn)行過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動，導(dǎo)致泵機(jī)組的竄動量、擺動量、密封端蓋與軸相對位置和撓度等參數(shù)不能達(dá)到技術(shù)要求，所以在機(jī)械密封更換后運(yùn)行不久，便出現(xiàn)了不同程度的損壞，造成泵軸端漏失嚴(yán)重，隨后又更換為填料密封。

三、泵體振動原因解析

由于轉(zhuǎn)子、軸承、殼體、聯(lián)軸器、密封和基礎(chǔ)等部分的結(jié)構(gòu)加工及安裝方面的缺陷，使離心泵系統(tǒng)在運(yùn)行中會產(chǎn)生振動，而強(qiáng)烈的振動又往往是系統(tǒng)部件損壞的主要原因。一般常見的故障有聯(lián)接不對中、轉(zhuǎn)子不平衡、泵軸彎曲及部件松動等，所以弄清這些故障形成的機(jī)理并掌握它們各自的振動特性是進(jìn)行故障診斷的前提。

1.聯(lián)軸器的安裝誤差

聯(lián)軸器用于驅(qū)動軸和泵軸的連接，以傳遞運(yùn)動與轉(zhuǎn)矩，在其安裝過程中，經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸不對中的情況：有沿徑向的平行位移誤差和相互之間的角位移誤差。在泵類設(shè)備運(yùn)行過程中，勢必會造成泵軸及其支撐部件的周期性變形，出現(xiàn)軸系的強(qiáng)迫振動，加劇了支撐軸承的磨損和密封裝置的失效。

目前污水外輸泵采用了彈性套柱銷聯(lián)軸器，其具有良好的彈性滯后性能，在工作過程中，通過蛹狀的彈性套傳遞扭矩，在一定程度上具有緩沖減振的作用，補(bǔ)償了兩軸間的相對位移，但聯(lián)軸器的彈性套容易磨損老化，使用壽命比較短，在彈性套磨損后，聯(lián)軸器對中情況發(fā)生變化，從而造成軸系的強(qiáng)迫振動。

2.轉(zhuǎn)子不平衡

由于機(jī)械材料內(nèi)部組織密度不均或毛坯缺陷、加工及裝配中產(chǎn)生的誤差，以及設(shè)計時具有的非對稱的幾何形狀等多種因素，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，其“重心”產(chǎn)生一個離心力作用在軸承上，該力的大小隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而變化。不平衡的類型有3種：靜不平衡、偶不平衡和動不平衡。任何回轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時，這種離心力作用在回轉(zhuǎn)體上，使其產(chǎn)生彎曲變形。

泵軸作為泵的核心部件，不但支撐著所有套裝在軸上的零部件，而且通過軸傳遞扭矩。軸因長期使用或拆卸保養(yǎng)不不到位而發(fā)生彎曲，特別是細(xì)而長的軸更容易彎曲，故新軸或舊軸在拆下后應(yīng)進(jìn)行檢查，泵軸允許跳動值如表3-2所示

3.機(jī)械部件的松動

軸承磨損可能會導(dǎo)致出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)松動，此故障在檢測時首先會測到軸承磨損的跡象，然后才能出現(xiàn)軸承松動。在大多數(shù)情況下，其垂直方向上的振動要高于水平方向上的振動。對于結(jié)構(gòu)松動（彈性地基）非旋轉(zhuǎn)松動，離心泵與基礎(chǔ)之間的松動會使其最剛性方向上的振動升高，通常在水平方向上，同時還取決于離心泵的安裝和布局方式。松動既可能導(dǎo)致機(jī)器的其他故障也可能因其它故障所引起，機(jī)械部件的磨損變形、軸系的不對中、不平衡等與機(jī)械部件的松動都是相互影響。

四、解決措施

1.提高離心泵安裝精度

利用百分表及表架或其他找正工具及時測量兩聯(lián)軸器的不同心及不平行情況，由于污水外輸泵是用于輸送一定溫度的液體，所以在聯(lián)軸器安裝對中時應(yīng)該使設(shè)備處于運(yùn)行溫度狀態(tài)，從而防止隨溫度變化而產(chǎn)生的伸縮誤差。

2.實時監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

狀態(tài)監(jiān)測是設(shè)備預(yù)防保養(yǎng)中重要的一環(huán)，以軸承為監(jiān)控焦點(diǎn)，因為它是所有泵機(jī)組中最重要的旋轉(zhuǎn)零件，要求泵機(jī)組的運(yùn)行操作人員必須對軸承的故障信號保持高度的警覺，并通過先進(jìn)的監(jiān)測系統(tǒng)和儀器，及時監(jiān)測軸承運(yùn)行狀態(tài)，早期檢測出軸承破壞以避免由于軸承破壞所造成的非計劃性設(shè)備停機(jī)。

3.離心泵基礎(chǔ)加固

我們對離心泵基礎(chǔ)進(jìn)行了重新設(shè)計，在基礎(chǔ)設(shè)計時要求底面的形心和整個泵機(jī)組的形心力求重合，每邊偏差小于5%，地腳螺栓必須恰當(dāng)和正確地固定在混凝土地基中，同時加大了基礎(chǔ)的底面積和重量。

4.加強(qiáng)生產(chǎn)運(yùn)行管理，做好離心泵運(yùn)行記錄和保養(yǎng)

平穩(wěn)控制污水罐液位和污水外輸量，保持泵的工作點(diǎn)處在穩(wěn)定狀態(tài)，防止“喘振”現(xiàn)象的發(fā)生，同時做好泵的運(yùn)行記錄。包括運(yùn)行小時數(shù)、密封的調(diào)整和更換、更換或添加潤滑劑以及其它維護(hù)措施。這些數(shù)據(jù)對于抽吸和排放壓力、流量、輸入功率和軸承的溫度以及振動和噪音的定期測量提供重要的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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