離心式注水泵機組故障診斷探討

王瑩

摘? ? 要：勝利油田的油藏類型多樣，其配套的注水系統也各不相同，按注水系統能力分，有大站系統，以離心式注水泵為主。離心泵排量大，維護簡單，在注水量打，注水壓力為16MPa的系統里被廣泛采用，是高滲透率，整裝大油田的主力泵型。另有小站系統，以柱塞式注水泵站為主，柱塞泵具有揚程高，排量小、效率高，電力配套設施簡單等特點，適用于注水量低，注水壓力高的中低滲透率油田或斷塊油田。本文針對離心式注水泵在運行時產生的故障進行了詳細的闡述，并提出了相應的應對措施，為后續生產運行提供了較好的指導意義。

關鍵詞：離心式;注水泵;故障;診斷

一、離心式注水泵的工作原理

當多級離心泵電機帶動軸上的葉輪高速旋轉時，充滿在葉輪內的液體在離 心力的作用下，從葉輪中心沿著葉片間的流道甩向葉輪的四周，由于液體受到 葉片的作用，使壓力和速度同時增加，經過導殼的流道而被引向次一級的葉輪，這樣，逐次地流過所有的葉輪和導殼，進一步使液體的壓力能量增加。將每個葉輪逐級疊加之后，就獲得一定揚程。

二、注水泵常見故障及其危害

注水泵功用是把低壓水通過水泵加壓變成油田開發需要的高壓水，經過高壓閥組、注水干線、配水間送往注水井，注入油層，以達到保持油層壓力、實現油田穩產。低壓水來源主要有地表水或經過處理的油層采出水。由于注水泵運行時產生高水壓、高噪聲，加之客觀上存在的設施缺陷、高電壓，可能發生高壓水刺漏傷人、電擊、高噪聲職業危害等。

（一）啟動后不出液：長時間造成泵不上量引發葉輪、平衡盤等轉動件抱死，嚴重情況下引發火災。

（二）軸承過熱：由于供液不足、泵軸與電機軸不同心等原因造成軸承發熱，導致軸承損壞或電機燒毀，易引發電氣火災。

（三）泵體過熱：由于泵內無液體或操作失誤（如出口閥門未打開），造成泵體高溫運行，易引發火災。

（四）填料函大量泄漏：由于安裝或密封件選材不合適、運行中填料、軸或軸套磨損、冷卻水供給不足或管路堵塞等原因，造成盤根密封部位油氣泄漏，易引發火災。

（五）設備腐蝕：注水系統往往因含硫化物、細菌超標等原因，造成設備內部腐蝕嚴重，當泵軸、葉輪、連桿、殼體及接頭等部件發生斷裂時，易引發高壓水刺漏、零部件飛出傷人事故。

（六）泵體運轉部位遇卡：由于泵基礎不牢固、縱橫向中心未調平、軸承損壞等原因，會造成泵體聯軸器、機械密封、泵殼等部件甩出，造成人員傷亡事故。

三、注水泵機組故障特征分析

在對注水泵機組故障進行分析的過程中，相關人員要對信號分析處理及狀態監測中的各項內容及特征參數變化狀況進行控制，要依照特征參數狀況與設備要求狀況對比結果，觀察設備運行是否正常。在故障特征分析的過程中，一旦發現注水泵故障時，相關人員要對其故障性質及故障程度進行診斷，要對發生原因及發生部位進行明確，從根本上預測和及時控制故障狀況。當前注水泵在使用的過程中主要存在以下故障，其振動特征具有明顯典型性。

（一）不平衡

在旋轉機械的各種異常現象中，由于不平衡而造成振動的情形占有很高的比例。所謂不平衡，就是由于旋轉體軸心周圍的質量分布不均、使之在旋轉過程中產生離心力而引起振動的現象。由于不平衡引發的振動，其最重要的特點就是發生與旋轉同步的基本振動。

（二）不對中

不對中是指用聯軸器連接起來的兩根軸的中心線錯位的現象，又稱為不同軸。存在不對中時，除產生徑向振動外，還容易發生軸向振動。不對中不嚴重時，其頻率成分為旋轉基頻;不同軸嚴重時，則產生旋轉基頻的高次諧波成分。不對中故障的原因有：

（1）安裝質量不高，冷態不對中;沒有考慮熱態的膨脹因素，引起在運行狀態下不對中;

（2）由于注水泵機組自身的內應力沒有完全消除而引起變形，引發不對中;

（3）由于管道等附件安裝不良，對注水泵機組產生過大作用力使機組產生變形或錯位造成不對中;

（4）注水泵機組基礎的不均勻產生下沉導致不對中。

（三）機械松動

機械松動現象主要原因是緊固不牢引起的，其通常的特征是在旋轉頻率的一系列諧頻上出現較大的振幅。機械松動故障的主要原因有：

（1）固定螺栓的強度不足、斷裂或缺乏防松措施造成部件松動;

（2）支承系統配合面間隙過大、緊力不夠、在外力或溫升作用下產生間隙;

（3）機組的基礎施工質量不良。

（四）電磁振動

電磁振動指引起旋轉機械振動的因素除機械力外，電磁力作用下產生的振動。其基本頻率就是電源的頻率。

（五）油膜振蕩

大型機的組基本上都采用動壓滑動軸承式來支承轉子系統，動壓軸承的工作原理是基于油楔的承載機理，即依靠油的粘性，在軸頸旋轉時將潤滑油持續地帶入由軸徑和軸承表面所形成的收斂型油楔之中;油流在截面逐漸縮小的油楔中受到擠壓，產生油膜壓力;油膜壓力給軸徑反作用力，將軸徑和軸承面隔開，達到潤滑的目的，但是在一定條件下會由于壓力失衡引發油膜渦動和油膜振蕩故障。

轉子在繞自身軸線旋轉的同時，其軸心又繞軸承中心連線回轉的運動叫油膜渦動，它是油膜力產生的一種自激振動，渦動的速度由油膜流動速度所決定，由于油膜渦動頻率接近回轉頻率的一半，故常稱為半速渦動。當轉軸轉速升到比第一階臨界轉速的2倍稍高以后，由于這時半渦動的渦動速度與轉軸的第一階臨界轉速相重合，轉子系統即產生共振，表現為強烈的振動現象，稱為油膜振蕩。

油膜振蕩故障的主要原因是：

（1）軸承過度磨損。在同等偏心距情況下，軸承過度磨損相當于偏心率過大，另外油膜過厚，剛度下降，也使轉子臨界轉速降低，更易引發振蕩;

（2）軸承穩定性差。軸承的穩定性取決于軸承結構形式及設計參數兩個方面。合理的軸承結構油膜渦動力小或對渦動力阻尼大。注水泵采用的是圓柱軸瓦，這種軸瓦對軸向油膜力阻尼最小，抗振力極差，但承載力好;

（3）潤滑油的粘度或壓力不符合要求。減小潤滑油的粘度，可以調節偏心率，增加穩定性;

（4）外界因素激發的油膜振蕩。運轉穩定的注水泵機組，有時也會因外部振源通過基礎、管道激發出油膜振蕩，原因是這種背景振動恰好和油膜振蕩頻率相同時出現。

3.6軸彎曲

軸彎曲的故障特征：特征頻率為1X，常伴頻率為2X;振動特性穩定，振動方向為徑向、軸向;相位特征穩定;軸心的軌跡為橢圓形;振幅隨速度變化轉化比較明顯，隨負荷的變化不明顯。

四、結束語

對注水泵進行狀態監測可以及時預防和發現注水泵可能出現的各項故障，降低上述故障對油田開采的影響。除此之外，對注水泵狀態監測及故障診斷還可以及時對設備進行檢修，防止設備運行狀況惡化，造成設備損壞。