離心泵的振動分析及預防措施

賈魯男++馬雪峰

摘要：振動故障是離心泵常見故障之一。受驅動電機、泵內流體和管道的影響，振動的發生往往伴隨多重因素的疊加和多種原因的共同作用。本文就離心泵的振動分析及預防措施進行分析。

關鍵詞：離心泵；振動；措施

一、介質流量

（一）典型現象

泵在設計流量下運行時，振動不超標，隨著流量的大幅降低或提高，泵的兩端軸承及出口管線振動強烈。泵體內會發出往復機似的噪音。流量正常時，振動和噪音也恢復正常。

泵體，尤其是內側軸承座水平方向的振動明顯大于垂直和軸向振動的增大值。長時間運行，泵內葉輪、平衡盤、級間襯套、中段等會磨損。對單級雙吸泵，軸向的高頻振動使軸承損壞、葉輪口環成對稱偏磨，泵體口環偏磨，嚴重時將導致軸承斷裂。

（二）原因分析

任何一臺離心泵都有一個最佳工作范圍，體現在泵的性能曲線上。

離心泵的振動隨流量而變化，通常在最佳效率點流量附近其值最小，并且隨著流量的增大或減小而增加。從最佳效率點流量起，振動隨流量的變化取決于泵的能量密度、比轉速及汽蝕比轉速。通常，振動的變化量隨能量密度、比轉速及汽蝕比轉速的增加而增加。離心泵除了有在性能曲線上標注的最小連續流量外，還有一個最小連續熱流量。泵在小流量條件下運行時，部分液體的能量轉變為熱能，使進口處液體的溫度升高，當液體溫度使有效汽蝕余量等于或小于泵必須汽蝕余量時，就會產生汽蝕現象。

在正常流量下，泵本身的自動平衡盤能很好平衡轉子軸向力。但流量過低時，由于軸向力的增大，自動平衡盤就不能將轉子的軸向力平衡掉，使轉子受到一個指向葉輪入口方向的軸向作用力，造成轉子向前竄動，轉子、平衡盤等部件嚴重磨損。軸向介質的入口沖角與轉子葉片的安裝角偏差較大，也會產生沖擊，引起強振。

對單級雙吸泵，當實際流量小于設計流量時，泵體內蝸殼的流道截面積顯得過大，使流體流動速度減小，葉輪出口的絕對速度增加，且方向發生改變。這樣，蝸殼內的液體與葉輪出口的液體相遇時，因速度大小和方向不同而產生撞擊，使得蝸殼內液體壓力不斷增高，從而破壞了蝸殼內液體流動壓力的軸對稱性。此外，由于蝸殼內壓力分布不均勻，殼內流體對流出葉輪的流體所起的阻礙作用也不同，使得沿葉輪四周的液體給葉輪的力和方向也不同，引起偏振。

（三）解決方案

泵的運行應處于優先工作區。此工作區位于所提供葉輪的最佳效率點流量的70%～120%區間內。額定流量點應當位于所提供葉輪最佳效率點流量的80%～110%區間內。

如果無法避免小流量操作工況，可從泵出口引一條最小回流線，到泵入口的容器內。如果是飽和態液體，應注意返回線不可直接接到泵的入口處，以免過熱的出口介質加熱入口介質，引起汽蝕。但回流的介質使泵做了無用功，增加了裝置能耗。

也可以在保持蝸殼不變的情況下，通過改變葉輪參數來改變泵的輸出流量。通過對葉輪的進出口角度進行修改，可減小作用在葉輪上的徑向力，減小振動。

二、液體停留時間

（一）典型現象

容器內壓力和液位都很穩定，但泵內有噼噼啪啪的聲音，泵體振幅大。隨著流量的增大，泵入口壓力有下降趨勢，直到泵發生汽蝕現象。該現象多發生在泵入口容器有氣液兩相物流進入時。

（二）原因分析

氣液兩相流進入容器時，都需要一個分離時間，才能使氣體從液體中徹底分離出來。液體的停留時間，通常大于1min。如果液面比較低，當物流直接對準出口破沫器沖下，會形成物流短路，造成局部物流的停留時間縮短。如果停留時間不夠，則氣泡來不及從液體中逃逸，會隨液體一起進入泵腔。隨著流速的增加，裹夾的氣泡量增加，管路系統壓力降增加。當泵入口壓力低到飽和蒸氣壓時，會發生汽蝕現象。

當容器內液位高于兩相流體的入口管時，沖入的流體對容器內液體起了攪拌混合作用，形成泡沫，造成假液位，通?？吹讲ＡО逡何挥嫷囊好婧芊€定，但實際上泡沫層已經很高。這種現象多發生在易起泡的體系。

（三）解決方案

提高容器的液面高度，增加停留時間，通常是有效的解決方案。在兩相流入口增加導流器，可以提高氣液分離的效率，減少氣泡夾帶，同時避免流體直接對容器出口破沫器沖擊，也可以避免該現象的發生。操作時應避免容器內液位超過兩相流入口管的下部。

三、葉 輪

（一）典型現象

在帶負荷試車時，無論是小流量工況還是滿負荷運行，泵的進出口管線均表現很大的振動。振動為時大時小，呈間歇性。泵的進出口管線壓力表和出口流量表指針擺幅大。通過聽棒聽到的管道中流體聲不均勻、不穩定。降低揚程，情況沒有改變。采用壓力傳感器直接對管道中的流體進行壓力脈動測試，可發現流體壓力脈動不均勻度過高。

（二）原因分析

該振動不是機械振動的傳遞，而是流體壓力脈動的結果。脈動流遇到管線的直角彎頭時，流體對轉彎處管壁產生很大的力。當流體遇到閥門或變截面管等收縮的地方，也會產生很大的流體沖擊力。流體壓力脈動會引起管道中流量的脈動變化。

流體壓力脈動來源于泵的設計。為了降低葉片泵導葉上產生的不穩定力，必須使葉輪葉片數和導葉葉片數互為質數。如果他們之間有公約數，會使流出葉輪葉道各出口點處的流速和壓力很不均勻，流體沖擊在導葉上，將產生一個較強的交變作用力。另外，葉輪出口處不均勻的流速在導葉上形成較嚴重的邊界層和分離漩渦，會導致流體流出泵以后產生壓力脈動。

（三）解決方案

應對泵的轉子和靜子部件進行改造。如改變葉輪葉片數，使葉輪葉片數和導葉葉片數互為質數。精心設計流道的各個部分，從根本上消除流體的壓力脈動。另外，軸承和滾珠等部位磨損應及時處理。

四、臨界轉速

（一）典型現象

多發生在多級泵上。剛投用時，泵本身的振動幅度大。平衡盤、平衡套、密封環經常嚴重磨損，軸彎、密封泄漏等故障經常發生。

（二）原因分析

濕態臨界轉速與實際運行轉速接近時，泵極易產生共振。臨界轉速與泵軸設計有很大關系。泵軸的長度過長，長徑比偏大，抗干擾能力差。在外力矩的作用下，泵軸很容易發生彎曲，導致口環上、下間隙不均勻，產生振動。

（三）解決方案

加粗軸徑，盡量減少級數，使動平衡結構更加合理，保證濕態臨界轉速遠離實際運行轉速。泵出廠前應在工作轉速下進行動平衡試驗。

五、結束語

泵機組振動是一個綜合性的問題，它與設備設計水平、驅動機選型、工廠制造與測試、現場安裝調試、日常維修保養等都有很大關系。離心泵振動控制與成因查找綜合反映了現場技術人員的設備維護和管理水平。實際工作中，排除振動要結合經驗和理論分析，將振動機理分析和實際檢測儀器得到的數據結合起來。

參考文獻：

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