半貧液泵軸振動分析及處理

傅建新

（上海石化工業學校，上海 201812）

上海石化某化工廠脫碳系統工藝流程中的貧液泵和半貧液泵是主要設備。半貧液泵主要是把從CO2再生塔中部出來的半貧液溶液，經過加壓后送入CO2吸收塔中部，用以吸收工藝氣體中的CO2；半貧液泵是脫碳系統合成裝置的關鍵機泵，該泵運行的好壞直接影響到脫碳系統乃至整個裝置的長、穩、安、滿、優運行。由于工藝流程、操作方法和設備的檢修質量等多方面原因，裝置中的半貧液泵經常會出現振動異常、燒壞軸承、抱軸及零部件損壞等事故，給企業造成很大的經濟損失。圖1為半貧液泵裝配圖。

圖1 半貧液泵裝配圖

1 半貧液泵結構概述

本裝置的半貧液泵采用的是單級雙吸中開式離心泵，介質為本菲爾溶液，介質工作溫度85℃，工作轉速為2950r/min，兩側均為滾動軸承支承；固定端為向心軸承，軸承端蓋處墊有0.1mm的紙質墊片，這是為受熱膨脹留有的間隙；泵軸的膨脹端（自由端）在聯軸器側。泵與電動機的聯接方式為剛性凸緣聯軸器，這種聯軸器對中要求較高：軸向角度偏差≤0.02mm，徑向跳動≤0.05mm，泵軸兩端的軸承跨距為1000mm，泵的結構參照圖1。

2 半貧液泵產生振動的原因

設備運行中半貧液泵的異常振動會引起設備損壞和生產效率的降低，分析產生振動的原因一般包括以下兩個方面。

2.1 工藝方面

該泵工作介質是來自二氧化碳再生塔的半貧液，入口壓力為0.3MPa。而在塔內存在有150～200mm厚的CO2氣泡層，當生產波動時，將會有少量的氣泡隨溶液帶入泵內，導致泵發生汽蝕現象，造成泵軸的異常振動。這種現象會經常發生，當由于汽蝕產生異常振動時，這時測量泵兩端的軸承，振動值由正常值0.02mm上升到0.05～0.1mm。

2.2 裝配質量方面

機泵運行的好壞不但與工藝流程、工藝操作有直接的關系，而且與設備檢修及裝配質量的優劣有很大關系。裝配質量與生產維修人員的技術素質、工作態度和責任心等有較大的關系。例如：聯軸器對中質量、轉子的平衡精度、各部件的配合精度和各部件間隙的嚴格控制，各項指標的執行超差是產生軸振動的主要因素。對應上面兩個引起振動的考慮方向，一般在該泵的裝配調試和檢修中，從以下八個因素進行排查和調整：（1）軸的剛度不足，泵軸彎曲造成振動；（2）基礎地腳螺栓松動，導致振動；（3）聯軸器對中不良導致振動；（4）泵自身因素引起振動（如汽蝕、葉輪密封環間隙過大等）；（5）軸承磨損，使軸向竄動過大引起振動；（6）潤滑不良引發振動；（7）管道及其安裝固定剛度不夠導致振動；（8）離心泵葉輪質量偏心引起振動。

3 半貧液泵異常振動分析

該廠脫碳系統的半貧液泵在生產過程中出現噪聲增大，振動明顯。進行檢測和分析，根據以前該廠設備檢修經驗，在以下幾個方面進行排查。

3.1 汽蝕排查

半貧液泵經過檢修后，各部分的間隙、配合、以及對中均符合技術要求，但試車時泵啟動兩分鐘后，泵軸就發生異常振動，噪聲較大。按以前經驗，先進行排氣發現效果不明顯，然后持續加大負荷，正常情況下振動應該下降，但是現場情況是振動不但沒有下降，反而上升，噪聲也增大。根據以往檢修經驗判斷，因工藝發生汽蝕現象的可能性較小，應該是其他因素造成該泵的異常振動。

3.2 質量不平衡及對中不良排查

狀態檢測發現固定端軸承溫度比自由端高10℃，而且有上升趨勢，這說明該軸承承受的交變應力是很大的。泵停車檢測聯軸器的軸向角度偏差為0.02mm，徑向跳動為0.05mm，符合對中要求；打開泵蓋檢查葉輪與軸的同軸度符合裝配要求（泵殼上無明顯摩擦痕跡），轉子和定子的零部件也沒發現松動或脫落，由此可以排除該泵葉輪質量不平衡，泵軸彎曲和對中不良引起的振動。

3.3 其他方面檢查

拆下固定端的軸承端蓋，發現該軸承端蓋端面有磨損痕跡，軸承外圈有軸向凸起現象（這表明為熱膨脹預留的0.1mm的間隙沒有了），經檢測軸承外圈向外凸起0.54mm，這表明軸的膨脹沒有向自由端延伸，軸向脹力全部由固定端軸承承擔，導致軸的膨脹受阻。

理論推算如下：

兩軸承支點跨距：L=1000mm；

鋼的熱膨脹系數：i=1.1×10-5（由查資料所得）；

環境溫度：t0=25℃；

介質溫度：t=85℃；

溫差：Δt=t-t0=85℃-25℃=60℃；

則轉子的熱膨脹量：

ΔL=L×i×Δt=1000×1.1×10-5×60=0.66mm。

那么：0.66=0.56+0.1（mm），基本符合復查時的測量結果（軸承外圈軸向凸起0.54mm），通過推算進一步驗證軸的膨脹全部竄到固定端。

3.4 自由端檢查

從自由端結構可以看出，聯軸器是剛性結構，膨脹處在軸與聯軸器孔的配合處，該處的配合為間隙配合；鍵的垂直方向上有一個緊定螺釘（如圖2所示），該緊定螺釘只是防止鍵松動和消除鍵與聯軸器的徑向間隙而設，并不起固定或緊固作用，只要輕輕將鍵頂住即可，不需要很大的徑向力。但檢查發現，該緊定螺釘是擰緊的，這就使得軸與聯軸器構成了一個整體，致使為膨脹設置的自由端不自由，軸的熱膨脹量無處延伸，軸受過大軸向力擠壓導致軸承受力超載，致使軸承變形，并且導致泵發生異常振動。

4 振動故障的處理

根據上述分析，造成泵異常振動的主要原因是這個緊定螺釘，為了防止今后出現類似的誤操作，決定對這種結構進行改造，為了保證在工作狀態下軸與聯軸器能相對軸向移動，須做一個膨脹補償結構（如圖3所示）。在平鍵上相對于緊定螺釘的位置上鉆一個直徑為φ9mm，深度為2mm的平底孔（緊頂螺釘為M8），這樣使螺釘與φ9mm孔之間有少量間隙，裝配時將螺釘頂靠在鍵上，這樣既可保證泵軸膨脹的自由伸縮，也能保證鍵不會松動。經改造后試車，泵的振動明顯減小，檢測軸承的振動值降為0.02mm，該泵恢復正常運轉。

圖2 改進前的聯軸器結構圖

圖3 改進后的聯軸器結構圖

5 結語

在實際生產中，脫碳系統運行情況比較復雜，需要檢修人員具有較好的理論基礎和實際檢修經驗，根據離心泵的結構和運行原理，結合本企業生產工藝的情況，進行分析。在排除一般原因之后，需要在觀察異常情況之后，進行結構、裝配、工藝、零件損壞等多方面的排查，對應情況進行維修和更換。并且設備的維護需要做到在額定工況運行下的定期檢查和維保，保證生產的順利運行。