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：在油田離心泵的現場運行中，由于電氣、機械、水力等各方面的原因以致離心泵機組產生強烈的振動，從而造成離心泵噪音超標、機械密封損壞、基礎松動等多種故障，本文以義和站型號為10SH-6A型污水外輸泵為例，對離心泵產生振動的各種原因進行了詳細的分析，并提出相應的改進措施。

關鍵詞：離心泵；振動；污水處理

一、前言

在油田離心泵的現場運行中，由于電氣、機械、水力等方面的原因致使離心泵機組產生強烈的振動，就機械因素而言主要有以下幾方面原因：電機和泵轉動部件質量不平衡、安裝質量不良、機組軸線不對稱、擺度超過允許值，零部件的機械強度和剛度較差、軸承和密封部件磨損破壞，以及泵臨界轉速出現與機組固有頻率一致引起的共振等，都會產生強烈的振動和噪音。在水力方面由于水泵進口流速和壓力分布不均勻，泵進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組振動的原因。水泵啟動和停機、閥門啟閉、工況改變以及事故緊急停機等動態過渡過程造成的外輸管道內壓力急劇變化和水錘作用等，也常常導致泵體和管線產生振動，從而造成離心泵噪音超標、機械密封損壞、泵軸彎曲、基礎松動等多種故障 。下面針對10SH-6A型污水外輸泵現場應用中所出現的問題進行分析，并提出了相應的改進措施。

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，揚程54m，配用功率110kW。我們運用設備狀態檢測系統對污水外輸泵進行了狀態檢測，根據狀態點檢實施指導及設備的組成結構，在電動機、水泵的前后軸承處設置了水平、垂直、軸向共12個測點，經檢測泵存在振動和噪音超標的問題。

圖2-1 污水外輸泵測點布置示意圖

由于離心泵機組產生強烈的振動，對泵的部分零部件造成了不同程度的損壞。

1.泵基礎及管線支墩的損壞

在泵體強烈振動可能導致泵基礎的斷裂、軸承約束松弛、過大的軸承間隙，地腳螺栓的松動，在基礎出現松動的情況下，除了產生轉頻振動外，還會發生旋轉基頻的高次諧波振動及等分數諧和共振，使任何已有不平衡、不對中所引起的振動問題更加嚴重。

2.機械密封失效

由于泵在運行過程中產生強烈的振動，導致泵機組的竄動量、擺動量、密封端蓋與軸相對位置和撓度等參數不能達到技術要求，所以在機械密封更換后運行不久，便出現了不同程度的損壞，造成泵軸端漏失嚴重，隨后又更換為填料密封。

三、泵體振動原因解析

由于轉子、軸承、殼體、聯軸器、密封和基礎等部分的結構加工及安裝方面的缺陷，使離心泵系統在運行中會產生振動，而強烈的振動又往往是系統部件損壞的主要原因。一般常見的故障有聯接不對中、轉子不平衡、泵軸彎曲及部件松動等，所以弄清這些故障形成的機理并掌握它們各自的振動特性是進行故障診斷的前提。

1.聯軸器的安裝誤差

聯軸器用于驅動軸和泵軸的連接，以傳遞運動與轉矩，在其安裝過程中，經常出現轉軸不對中的情況：有沿徑向的平行位移誤差和相互之間的角位移誤差。在泵類設備運行過程中，勢必會造成泵軸及其支撐部件的周期性變形，出現軸系的強迫振動，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，補償了兩軸間的相對位移，但聯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，聯軸器對中情況發生變化，從而造成軸系的強迫振動。

2.轉子不平衡

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

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不不到位而發生彎曲，特別是細而長的軸更容易彎曲，故新軸或舊軸在拆下后應進行檢查，泵軸允許跳動值如表3-2所示

3.機械部件的松動

軸承磨損可能會導致出現旋轉松動，此故障在檢測時首先會測到軸承磨損的跡象，然后才能出現軸承松動。在大多數情況下，其垂直方向上的振動要高于水平方向上的振動。對于結構松動（彈性地基）非旋轉松動，離心泵與基礎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。松動既可能導致機器的其他故障也可能因其它故障所引起，機械部件的磨損變形、軸系的不對中、不平衡等與機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，所以在聯軸器安裝對中時應該使設備處于運行溫度狀態，從而防止隨溫度變化而產生的伸縮誤差。

2.實時監控設備運行狀態

狀態監測是設備預防保養中重要的一環，以軸承為監控焦點，因為它是所有泵機組中最重要的旋轉零件，要求泵機組的運行操作人員必須對軸承的故障信號保持高度的警覺，并通過先進的監測系統和儀器，及時監測軸承運行狀態，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備停機。

3.離心泵基礎加固

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

4.加強生產運行管理，做好離心泵運行記錄和保養

平穩控制污水罐液位和污水外輸量，保持泵的工作點處在穩定狀態，防止“喘振”現象的發生，同時做好泵的運行記錄。包括運行小時數、密封的調整和更換、更換或添加潤滑劑以及其它維護措施。這些數據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。

參考文獻：

[1]盧慧春，油田輸油離心泵振動致使機械密封失效的解決措施[J].機械研究與應用.2005（4）

[2]裴峻峰等.機械故障診斷技術[M].東營：石油大學出版社，1997.