離心泵自激振動原因與解決方案分析

黃德彬

（大慶油田有限責任公司第一采油廠試驗大隊，黑龍江 大慶 163000）

作為輔助設備，離心泵在石化行業不可或缺。該設備運行是否可靠，與企業安全、經濟發展息息相關。但是，由于動力裝置過大，回轉設備速度快，使離心泵出現一些振動問題，損壞設備部件，出現密封泄露問題，甚至引發設備停運的嚴重后果。生產工作中，要關注離心泵運行情況，依托專業技術手段，把設備故障率降到最低，保證日常各項生產工作順利進行。

1 離心泵結構組成

離心泵構成相對比較復雜，除了常規葉輪、泵體、泵軸、軸承之外，還包含密封環、填料函這一系列結構部件。在離心泵內，葉輪作為核心部件，始終處于高速轉動狀態，而葉輪上的葉片又非常關鍵。經靜平衡試驗，合格后，裝配葉輪。裝配中，內外表面應光滑，把水流摩擦損失降到最低。泵體又名泵殼，作為水泵主體，作用在于支撐固定，與軸承安裝托架連接在一起。泵軸功能在于使聯軸器、電動機處于連接狀態，讓葉輪接收電動機轉矩，便于機械能傳遞。軸承把透明油用作潤滑劑，加油直至油位線處。倘若油過多，會沿泵軸滲。反之，過少又容易增加軸承溫度，引發燒毀事故。當水泵處于運行狀態時，軸承溫度可達85℃以上，常規運行溫度在60℃左右。密封環，別名減漏環。填料函的主要構成元素為填料、水封環、管、填料筒、填料壓蓋。其能夠對泵殼、泵軸間孔隙進行封閉，禁止泵內水外流或空氣進入泵內，營造一個真空水泵環境。泵軸和填料處于摩擦狀態，會生成熱量，發揮水封管優勢，注水至水封圈內，使填料冷卻。巡回檢查水泵運行情況時，重點檢查填料函，每運行600h 更換一次填料。

2 離心泵自激振動原因

工作狀態下，引起離心泵自激振動的原因非常多。文章從機械、水力、電磁力3 個方面作簡要論述，找出癥結所在。

2.1 機械原因

處于運行狀態下的離心泵，內部軸承和組件摩擦劇烈，倘若高速運轉時間過長，潤滑油會因溫度過高而揮發。為使離心泵始終保持正常工作，需要反復涂抹潤滑油。因設備保養不當，使部件質量不均，引發振動情況。運轉狀態下的離心泵，因負荷增加，使振動頻率、幅度過高，干擾泵體結構。假使內部機組發生中心偏離情況，振動由軸承磨損、軸瓦與對稱中心偏離引起。離心泵小幅度振動多因軸承非對稱受力所致，振幅受運動強度影響。倘若離心泵結構發生磨損、腐蝕情況，會對轉子質量產生干擾，引發破壞性故障。在離心泵內，葉輪非常關鍵，安裝聯軸器時，若同心度偏差，會阻礙離心泵啟動，發生振動情況。最初，離心泵振動不明顯，經過一段時間使用之后，螺栓發生松動，中心偏移，發生振動，甚至共振情況。開機時，能夠直觀顯示出該問題，驅動端振動幅度比非驅動端大。

2.2 水力原因

當離心泵處于運行狀態，發揮壓力傳感器作用，對介質內脈動壓力進行測量。額定電流情況下，脈動壓力并不是很大，二者成正相關。在葉輪附近，脈動壓力過大，對水泵產生擊打，一旦其與水泵內一些裝置固有頻率相近或一樣，發生共振問題。除此之外，一些振動問題因旋渦、脫流所致。如果離心泵進水管與吸水池內部垂直，因動態水流作用，發生卡門渦現象，出現振動問題。

2.3 電磁力原因

除了上述情況之外，離心泵自激振動也可能因磁場內部能量不均、電動機鐵芯硅鋼片松動等所致。具體而言，處于運行狀態下的離心泵，因電動機內部發生一相失衡問題，電磁力對定子產生影響，發生振動，但電動機仍保持正常運行。該背景下，振動頻率與定子架固有頻率一樣，產生共振。當斷裂的籠條足夠多，在1/7 以上，電動機會有聲響，機身振動激烈。電動機的振動因鐵芯硅鋼片松動所致，有噪音產生。

3 離心泵自激振動解決方案

3.1 增加平衡程序

離心泵運行一段時間后，需要作大修處理。這一過程中，檢測一些多級泵的直線度。常規情況下，徑向跳動值在0.05mm 以內，反之，需作校直處理。采用專業技術手段和方法，對葉輪、各類回轉零部件等轉子部件進行更換。該背景下，添加轉子動平衡檢測工序，發揮其優勢，對轉子不平衡量進行控制，確保設備平衡精度始終在G2.5 以上。檢修工作中，把交工文件作為參照指標，依據相關記錄，對轉子平衡轉數加以確定。同時，還要優選低速動平衡試驗，應用到剛性轉子中。在撓性轉子中，平衡試驗轉速可與轉子工作轉數相同，或者，高出轉子工作轉數。

3.2 優化離心泵設計安裝

為對離心泵自激振動問題加以規避，設計人員要對離心泵進行科學設計和安裝。設計工作中，以平衡測試方法，檢驗離心泵轉子，使其處于對稱性運轉狀態。除此之外，設計人員還要對離心泵管道安裝工作進行科學規劃，發揮相關設備優勢，使管路伸縮節、滑軌組織等始終保持正常運行狀態，并對基礎元件支撐加以強化，以免發生離心泵和固定地基發生共振問題。安裝工作中，把葉輪質量作為重點把控內容。依據相關問題，對各項處理工作加以集中，準確收集、匯總各類問題數據、參數信息等，確保安裝操作過程更加規范，并對相關安裝機制加以優化和應用，保證整體工程項目達標，實施效果好。

3.3 加強離心泵維護工作

在離心泵自激振動問題處理中，每隔一段時間，都要開展維護工作，并把臨時巡檢工作落實到位。采用科學的方法，全面檢查離心泵表面、聲音、性能等各個指標，結合具體問題，把與之相關的處理方案確定下來。維護工作中，維修人員還要重點處理螺栓松動、彈性膠圈損傷、平衡管發熱等一系列問題，在第一時間內，潤滑、清洗離心泵，以免因使用時間過長，發生機械損傷情況。除此之外，還要關注細節，確保離心泵整體管理及檢修工作達標，使該設備運行效率得到明顯提高。維修人員要具備較強的責任感，不斷提升自身素質，熟練掌握各類維修技能，依次把監管、檢驗工作落實到位，形成離心泵常態維護機制，保持良性生產。

3.4 加強設備巡查和基礎檢測

每隔一段時間，依托專業技術手段，檢查離心泵運行狀態，確保其使用正常，對水力波動適當控制，以免振動過大。一些離心泵被用來輸送冷凝水，汽蝕余量要求不高，需要對進口堵塞、漏氣、大流量運行等情況加以規避，免于葉輪氣蝕問題。離心泵無論基礎底座，還是錨固件，都在混凝土內。處于運行狀態下的設備，各類振動依托基座互為干擾，狀況復雜。該過程中，會發生基礎底座錨固件松動情況，加劇設備振動，出現一系列共振問題。處理這種狀況的最佳方法是依據工作環境，定期對離心泵基礎進行測頻處理，判斷有無缺陷、松動情況。當固有頻率發生改變，需要對基礎進行加固，使其具備較高的剛度，減少振動，并對共振問題進行有效規避。

4 應用實例

選定一成品油管道作為案例分析，注入支線第一站給油泵、主泵各2 臺，1 用1 備，處于并聯設置狀態。將油推水方式應用到管道生產中。在前期階段，注水時，發現其中1個主泵振動過大，電機振動指標與具體要求相符合。仔細核查泵機組內的重點零部件、電機-泵同軸度等各類參數，結果表明，無異常情況。盡管，后期輸油工作中，振動值下降，但仍相對較高。經研究可知，振動原因為泵基礎不達標，因施工環節振搗不充分所致，甚至使基礎內部有兩處大空腔。優選微創注漿方法，對其進行修復和處理。修復工作結束之后，該泵機組振動值恢復正常，符合常規生產要求。

5 結語

綜上所述，離心泵構成復雜，屬于專業類設備，技術操作難度大。當離心泵處于運行狀態時，既要對離心泵結構組成具備清晰的認識和了解，還要從機械、水力、電磁力3 個方面，明確引起離心泵自激振動的原因。采用專業技術手段，增加平衡程序，對離心泵設計安裝工作加以優化，并對其進行科學維護，將設備巡檢和基礎檢測工作落實到位，使離心泵工作效率能得到明顯提高，把故障率降到最低，為后續各項工作開展奠定良好基礎。