泵振動原因分析及質量控制

邵霄雷

(中國石化上海石油化工股份有限公司物資供應部，上海 200540)

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泵振動原因分析及質量控制

邵霄雷

(中國石化上海石油化工股份有限公司物資供應部，上海 200540)

泵機組的各個部件在運行中都會產生振動，對泵的安全運行造成很大危害。分析了泵產生振動的原因，并對泵的制造、裝配、試驗等各環節提出了質量控制要點：保證加工精度與設計精度的一致性；保證泵的試驗運行工況點與泵的設計工況點符合；保證泵零部件結構尺寸、精度；保證零部件裝配質量與其運行要求的一致性。

泵 振動 零部件 電機 質量控制

振動是評價泵機組運行可靠性的一個重要指標。振動超標的危害很多，如：振動能造成泵機組不能正常運行；引發驅動電機和管路的振動；造成軸承等零部件的損壞；造成基礎裂紋或驅動電機損壞；造成與泵連接的管件或閥門松動、損壞，并形成噪聲，對機組操作人員和周邊環境造成二次危害。因此有必要對產生振動的原因進行分析，并采取相應的控制措施。

引起泵振動的原因是多方面的：高速旋轉部件較多，動、靜平衡不能滿足要求；泵的主軸與驅動電機軸直接或是通過聯軸器間接相連，使得泵的性能和電機的性能緊密聯系在一起；與流體作用的部件受流體狀況影響較大，流體運動本身的復雜性，也是造成泵動態性能不穩定的一個因素。泵的旋轉部件是泵振動產生的主要原因之一，泵的主要旋轉部件有葉輪、主軸、葉輪口環等，這些部件在制造加工、裝配過程中的不合理操作，都會造成泵機組運行中的振動。

1 葉輪

葉輪是泵眾多部件中唯一的做功部件，由前、后蓋板和蓋板之間的葉片組成。葉輪的設計關系到整個泵的揚程、效率等，其質量的好壞對泵機組的整體運行的影響很大。

1.1 葉輪對振動的影響

葉輪的影響主要體現在以下幾方面：(1)葉輪質量偏心，葉輪制造過程中質量控制不好，如鑄造質量、加工精度不合格，輸送的流體帶有腐蝕性，葉輪流道受到沖刷腐蝕，導致葉輪產生偏心；(2)葉輪的葉片數、出口角、喉部隔舌與葉輪出口邊的徑向距離是否合適；(3)使用中的葉輪口環與泵體口環之間、級間襯套與隔板襯套之間，由最初的碰摩，逐漸變成機械摩擦磨損。這些問題都會加劇泵的振動。

1.2 葉輪的質量控制

葉輪鑄造質量的好壞直接導致葉輪是否會產生偏心，雖然能夠在后面的機械加工中得到改善，但是這無疑加大了機械加工的難度，因而對葉輪鑄件質量的檢查很重要。

加工精度的保證對以后葉輪的裝配、靜平衡等步驟都有影響，比如在加工時葉輪內徑過小，則在裝配時就有可能出現葉輪輪轂和主軸的咬合，從而破壞主軸和葉輪；如果葉輪內徑過大，則會在使用過程中出現葉輪輪轂處的徑向竄動，增加泵組的振動，進而威脅到泵的運行安全。

葉輪的靜平衡是為最后轉子動平衡服務的，靜平衡做的精確，在以后轉子整體的動平衡過程中所需要的工作量相對較少，平衡難度也相應減小。泵葉輪的靜平衡方法一般為重力平衡法，采用逐步去重的辦法使其達到圖紙要求值或是G6.3級精度要求。

對于要求比較高的葉輪還要進行動平衡試驗，動平衡試驗在專門的動平衡機上完成。美國石油學會標準API 610規定：“葉輪、平衡鼓及類似的主要轉動部件應當進行到ISO 1940-1 G2.5級的動平衡。平衡用的心軸的質量不應超過被平衡零件的質量。如果零部件直徑和零部件寬度的比值大于等于6的時候，零部件平衡可以在一個平面上進行”。泵轉子動平衡的去重方法依然采用逐步去重的方法，采用打磨機逐步去重，磨光機保持葉輪蓋板表面光滑度、外觀質量。

2 主軸

主軸作為葉輪的載體和葉輪旋轉力的輸送者，在泵的整體機構中起到了重要作用，其本身的質量直接關乎泵整機的運行情況。

2.1 主軸對振動的影響

長的主軸在運行過程中很容易發生剛度不足，撓度太大，軸直線度差的情況，造成動件(主軸)與靜件(滑動軸承或口環)之間的摩擦，形成振動。泵軸太長，受流動液體沖擊的影響也較大，使液下部分的振動加大。軸端的平衡盤間隙過大，或是軸向的工作竄動量調整不當，會造成軸低頻竄動，導致軸瓦振動。主軸的偏心，會導致軸的彎曲振動。

2.2 主軸的質量控制

對此API標準規定，泵軸全長都需要進行機械加工并精細磨光處理，使總的跳動量不大于0.025 mm。

對于兩端支承式泵型，允許的軸、葉輪輪轂、平衡鼓和軸套的跳動量見表1。

表1 兩端支承式泵型允許的軸、葉輪輪轂、平衡鼓和軸套的跳動量

擾性因子Ff=L4/D2，其中：L為軸承跨距，D為葉輪處的軸直徑(最大值)。平衡盤間隙、軸向的工作竄動量在裝配時嚴格按照圖紙設計要求執行，在工作中應該要做到旁站觀察，并進行測量。

3 泵體各零部件間的配合

在泵的檢查中，零部件之間的配合檢查是一個至關重要的質量點，其配合好壞直接影響泵體能否正常運轉。

3.1 零部件間配合不當的影響

葉輪口環和泵體口環之間的間隙過大，造成泵體內泄漏損失大，回流嚴重，進而造成轉子軸向力的不平衡和壓力波動，增強振動。動、靜零部件之間的設計間隙，因長期的磨損變大；中間軸承支架與泵筒體間隙超標；密封圈間隙不合適，造成的不平衡；密封環周圍的間隙不均勻，這些不利因素都能造成振動。

3.2 零部件間配合的質量控制

對于葉輪口環和泵體口環之間的運轉間隙，API 610中規定了一般情況下的最小運轉間隙，它是以旋轉零件的直徑為依據，從50 mm一直到649.99 mm，對于旋轉零件直徑大于649.99 mm的，最小運轉間隙應當是0.095 mm加上每增加1 mm直徑增加0.001 mm的規范。運轉間隙的選擇應該足夠大，以保證在所有規定工況下可靠運轉和避免咬合。

對于咬合趨勢大的材料和工作溫度大于260 ℃的各種材料，應當在一般情況下的最小運轉間隙再加上0.125 mm。

運轉間隙的測量一般通過測量泵體口環的內徑、葉輪口環的外徑，取其兩者之差得出。

4 軸承

軸承的作用是支撐軸，但是這只是軸承作用的一部分，軸承在支撐軸的同時也起到了一個固定軸的作用，也就是說軸承在分擔軸徑向載荷(即支撐)的同時也限定了軸的軸向和徑向的位移，所以軸承與軸之間、軸承與軸承室之間的裝配間隙是否合理直接影響軸的旋轉，進而影響機組運行。

軸瓦是軸承的重要組成部分，非常的光滑，一般是由青銅、減磨合金等耐磨材料構成，它具有承載軸頸所施加的作用力、保持油膜穩定、減少軸承摩擦的作用。軸瓦是汽輪機的關鍵部件之一，對于高速運轉的汽輪起到支承的作用。

4.1 軸承的影響及質量控制

軸承的剛度太低，會造成第一臨界轉速降低，引起振動。另外，軸承性能不良導致耐磨性差，固定不好，軸瓦間隙過大，也容易造成振動；而推力軸承和其他滾動軸承的磨損，則會使軸的軸向竄動振動以及彎曲振動同時加劇。潤滑油選型不當、變質、雜質含量超標及潤滑管道不暢而導致的潤滑故障，都會造成軸承工作環境惡化，引發振動。電動機滑動軸承油膜的自激也會產生振動。

4.2 軸瓦的影響及質量控制

泵軸瓦的裝配過程應嚴格遵循先刮瓦、后研磨、再刮瓦的循環程序，保證軸瓦與軸頸的接觸面積、間隙達到規定值：(1)泵軸頸與軸承間隙值，通過更換前后軸承、研磨、刮瓦、調整等手段達到合格，軸瓦與軸頸間隙值的測量一般采用壓鉛法或者是塞尺，塞尺使用方便，使用較多；(2)泵軸承體與軸承球面頂間隙值合格；(3)泵軸軸承下瓦和泵軸軸頸接觸點及接觸角度：下瓦背與軸承座接觸面積應在60%以上，軸頸處滑動接觸面上的接觸點密度保持在每1 cm2有2～4個點，接觸角度保持在60°～90°。

對于制造廠的潤滑油牌號要仔細核對，并確保潤滑油的清潔度。

5 驅動電機

驅動電機是動力源，其本身也是高速旋轉機械，所以電機本身的質量對泵機組的振動也是有很大的影響的。

5.1 驅動電機質量對振動的影響

電機零部件松動，軸承定位不牢固，鐵芯硅鋼片過松，軸承因磨損而導致支撐剛度下降，會引起振動。轉子彎曲或質量分布問題導致的轉子質量分布不均，造成靜、動平衡量超標；電機缺相、各相電源不平衡等原因也能引起振動。電機定子繞組，由于裝配操作問題，造成各相繞組之間的電阻不平衡，因而導致產生的磁場不均勻，產生了不平衡的電磁力，這種電磁力成為激振力而引發振動。

5.2 驅動電機的質量控制

對于泵制造廠而言，在泵組中驅動電機屬于外購件，除了對于相關的合格證、質量文件進行審查，確保到廠電機是合格外，在制造廠進行試驗時，通常還要進行電機空載運轉，電機與泵對中完成后、電機底座固定好之后，驅動電機不與泵頭相連接，首先進行電機空載試驗，測量電機伸出端軸承部位的振動值，確定其振動值不超標后，再和泵頭相連，保證整體機組振動符合標準和協議要求。

6 基礎、泵支架、管道及泵體的質量控制

在制造廠試驗過程中，試驗現場泵的支架、底座是靠壓板來進行固定的，基礎應具有足夠的強度和尺寸。試驗之前應該先檢查試驗現場的清潔狀況，確保試驗場地干凈，沒有影響泵組底座平整度的大物件，盡可能地多放一些壓板，并把壓板全部固定好。在試驗過程中，如果出現振動超標的情況，首先調節壓板，擰緊或是放松壓板螺絲，查看振動值是否減小，如無減小，則可排除基礎、泵支架固定方面的原因。

制造廠試驗現場的管道布置、管道固定情況直接影響到泵組振動的測量值。如果制造廠試驗臺的規模較小，則會限制管道的鋪設，使管道存在許多彎頭。水流對管道彎管的沖擊、出口管道上調節閥的振動在固定不穩當的情況下，都有可能帶動泵組振動，從而影響實際泵組振動的測量。對于在地上的管道，盡可能用壓板將其固定住，減少管道的振動；架在空中的軟管要用起重設備將其吊起，保持管路的暢通，壓力的均布性；硬管要用起重設備固定，盡可能的減少振動。

泵的水力設計和自身的結構也會對泵機組的振動產生影響：泵體內葉輪旋轉時產生的非對稱壓力場；葉輪內部以及蝸殼、導流葉片漩渦的發生及消失；閥門半開造成漩渦而產生的振動；由于葉輪葉片數有限而導致的出口壓力分布不均；葉輪內的脫流、喘振、流道內的脈動壓力、汽蝕；流體在泵體中流動，對泵體會有摩擦和沖擊，比如流體撞擊隔舌和導流葉片的前緣，造成振動。這些因素不能在制造過程中加以消除，只有在設計過程中逐步地完善水力設計和結構設計才能逐漸的消除這方面的不利因素。

7 結語

泵振動的原因包括機械、水力、電力，機械加工工藝、裝配人員的操作水平、水力設計軟件的功能、材料性能，這些都能影響到泵產生振動的大小。實際制造過程中，提高設計、加工、裝配質量，很多振動都可以在出廠之前得以消除。伴隨著新材料技術的發展和新工藝的出現，以及計算機技術和流體力學基礎理論的進步，加上振動診斷技術的發展，泵的設計、制造水平必將越來越高，性能也一定會日趨優化、穩定。

[1]關醒凡.泵的理論與設計.北京：機械工業出版社，1987.

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[7]查森.葉片泵原理及水利設計.北京:機械工業出版社，1981.

江蘇100 kt/a甲醇制330 kt/a烯烴項目中交

富德(常州)能源化工發展有限公司(簡稱富德能源)90 kt/a C4加工丙烯(OCU)裝置、300 kt/a聚丙烯(PP)裝置完成中交，標志著富德能源甲醇系列深加工及綜合利用項目所有單元全部建成中交，正式轉入生產準備階段。

該公司100 kt/a甲醇制330 kt/a烯烴項目規劃一期總投資2.73億元美元，采用甲醇制取低碳烯烴工業化技術(DMTO)生產聚合級乙烯、聚合級丙烯、丙烷、混合C4和C5等重要的化工產品。據稱，該項目將成為國內第11套投入工業運營的DMTO裝置。

富德能源另外還運營寧波1 800 kt/a甲醇制烯烴裝置，500 kt/a乙二醇、400 kt/a聚丙烯項目，該項目位于浙江寧波化學工業區，總投資約60億元，采用中國科學院大連化學物理研究所DMTO工藝。2013年9月，富德能源收購浙江天圣控股子公司——寧波禾元化學有限公司。寧波禾元正式更名為寧波富德能源有限公司。

(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)

茂湛煉化一體化基地正式啟動

茂湛一體化基地建設全面啟動，預定3年內建成投產。茂湛一體化設想主要是將茂名石化、湛江東興、中科項目一起考量，實現最優的資源配置、產品結構以及優化茂湛地區的人力資源。

據悉，茂湛基地是中國石化四大基地中最先啟動的基地。早年間國家圈定的七大煉化基地包括：大連長興島(西中島)、河北曹妃甸、上海漕涇、江蘇連云港、浙江寧波、福建古雷以及廣東惠州，但茂湛基地并未在之前圈定的基地中。

(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)

Analysis on Causes of Pump Vibration and Quality Control

Shao Xiaolei

(MaterialsSupplyDepartment,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

Various parts of the pump unit will produce vibration during operation,which causes great harm to the safe operation of the pump.The causes of pump vibration were analyzed,and quality control points were put forward for each procedure such as pump manufacture,assembly and test: ensuring the consistency of machining precision and design precision; ensuring the conformity of pump trial running operating points and designing operating work,ensuring the structure size and accuracy of pump parts; and ensuring the quality of parts assembly and operation of the consistency of their requirements.

pump,vibration,components,motor,quality control

2016-05-15。

邵霄雷，男，1983年出生，2006年畢業于江蘇省鹽城工學院應用化學專業，工程師，現從事采購物資質量管理工作。

1674-1099 (2016)05-0050-04

TH17

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