離心泵振動常見原因分析及預防措施

白英杰

（中國石油大慶石化公司腈綸廠，黑龍江大慶 163714）

0 引言

離心泵主要由泵體、泵頭、支架、泵軸、聯軸器、葉輪、軸承、機封或盤根等零部件組成，振動是評價離心泵運行可靠性的一個重要技術指標，引起機泵振動的因素較多，通常包括離心泵轉子動態不平衡，泵軸同軸度偏差大及對中不好，地腳螺栓未完全緊固，各零部件裝配間隙不當產生碰擦，管道附加與殘余應力作用，工藝操作波動或抽空等，各種因素可能單一作用于機泵上，也可能多種因素組合作用于機泵上，其引起振動現場和振動大小也不相同，需要及時采取措施，使其運行在可靠的允許振動范圍內，將對機泵的損害降到最低。

1 離心泵振動超標的危害

根據SHS 01003—2004《石油化工旋轉機械振動標準》，可將離心泵振動烈度評定等級劃分為4個區域，即A，B，C，D，A區為優秀狀態，B區為合格狀態，C區為不合格狀態，D區為不允許狀態，當離心泵振動到達C區和D區時，將會出現振動超標，并對機泵產生一定危害。①導致離心泵不能正常運行：②引起管路或電機振動，影響其壽命；③造成機封、軸承或油封等損害；④使地腳螺栓、聯軸器螺栓等松動；⑤造成基礎裂縫或破損；⑥造成管路閥門、濾器等損壞；⑦產生噪聲，損害員工身心健康；⑧嚴重時，會造成設備損傷或損壞。

2 離心泵振動原因分析

結合離心泵結構形式、工作原理及操作工況，分析引起機泵振動的原因主要有7個。

2.1 泵軸原因

（1）離心泵轉子軸多為帶多級臺階的細長直軸，其運行撓度較大，易出現局部剛度不足和整體同心度偏差大等情況，引起泵軸和軸承、直口等部位碰磨，產生振動。

（2）葉輪和轉子的重量附加在泵軸上，當機泵長時間停車時，使泵軸受一個方向作用力，引起泵軸彎曲，再次使用時，葉輪、軸承及泵軸等傳動部件會出現動態不平衡，使葉輪與泵體和隔板發生摩擦，便會出現不同程度的振動。

（3）泵軸較長，葉輪受輸送介質沖擊影響，會使泵軸負荷加大，造成振動。

（4）軸端與葉輪、聯軸器連接間隙過大，引起軸向工作竄動量動態調節不當，造成泵軸過量竄動，引起軸承振動。

2.2 聯軸器原因

（1）聯軸器采用吸振性較差的剛性或半剛性連接結構，無法有效減振，引起振動。

（2）聯軸器連接螺栓與螺栓孔徑向間隙不足或過大，造成聯軸器對稱性破壞，產生振動。

（3）聯軸器采用加長工字節連接，易出現同心度下降，產生偏心力，造成振動。

（4）聯軸器端面加工尺寸及精度不足，本體自身或與泵軸出現端面配合不良，間隙太大，出現振動。

（5）聯軸器靜平衡或動平衡不良，增加了振動。

2.3 葉輪原因

（1）葉輪質量分布不均勻，如鑄造質量不合格，加工精度不足，介質氣蝕或腐蝕葉輪，流道腐蝕等，均會使葉輪質量分布不均，出現偏心，產生振動。

（2）所選葉輪不適應所用工況，如葉輪閉式、半閉式或開式結構，葉片數量，流道數量，流體切線等，不適用工藝工況，也會產生振動。

（3）運行中，葉輪口環和泵體之間、葉輪和隔板間隙、葉輪和軸套端面間隙等不當，均會產生摩擦和碰撞，引起振動。

2.4 泵基礎原因

（1）機泵和電機混凝土基礎強度不符合設計及工況要求，基礎混凝土配比和牌號較低，或未按規定加設鋼筋網，易產生破壞性變形，使用時，出現振動。

（2）機泵和電機地腳螺栓強度不符合工況要求，易產生過塑性或破壞性變形，使用時，出現振動。

（3）機泵和電機與鋼結構支架接觸面切合不實或固定形式不合理，存在過大間隙，運行時，吸收、傳遞及隔離振動能力差，引起振動超標。

（4）基礎地腳螺栓松動，整體性差，引起約束剛度降低，使機泵振動加劇。

2.5 管線及安裝原因

（1）泵進出口管線、管托支架強度和剛度不足，時間長，變形過大，使管線及附加介質的重量集中壓在泵體上，造成機泵和電機軸向對中性變差或偏心，運行產生振動。

（2）管線在安裝時，存在野蠻作業，泵體和管線法蘭間有殘余內應力，或機泵進出管線法蘭松動，約束剛度降低或失效，使用時，出現振動。

（3）輸送介質存在較大顆粒雜質或管線內壁腐蝕掉渣，雜質或掉渣進入泵葉輪流道內，堵塞流道，產生憋壓，引起振動。

（4）輸送介質氣液夾帶嚴重，易造成泵內氣縛，高溫摩擦，產生振動。

（5）進出口管線閥門不能有效開啟，存在壓力阻聚，流場不暢，壓力波動，造成振動。

2.6 軸承及潤滑原因

（1）機泵和電機軸承選型或裝配方式不合適，使軸向和徑向作用力無法有效平衡，如只有徑向約束，而沒有軸向約束，運行時，軸向竄動量較大，出現碰擦振動。

（2）軸承強度和剛度較低，無法有效保證其臨界轉速，引起振動。

（3）軸承滾動接觸不良，導致耐磨性下降，易引起振動。

（4）推力軸承或其它滾動軸承磨損，使軸的縱向竄動振動及彎曲振動加劇。

（5）潤滑油（脂）選型不當，或存在變質或雜質含量超標導致的潤滑故障，會使軸承工況惡化，引起振動。

2.7 電機及其他原因

（1）電機轉子動平衡差或軸承質量問題，運行時，存在碰擦，產生不平衡電磁力，引起電磁力振動。

（2）泵內介質流動時，對泵體的摩擦和沖擊，如介質撞擊隔舌或導葉前緣，造成振動。

（3）泵體內壓力脈沖，主要由葉輪密封口環、機封密封環等間隙過大引起，造成泄漏損失大，回流大，使轉子產生動態不平衡和壓力脈沖。

3 離心泵振動的預防措施

3.1 設計、制造及選型

（1）離心泵整機設計應結合具體工藝工況，符合API（American Petroleum Institute，美國石油學會）和國標等相關標準，水力實驗滿足工況要求；泵軸設計時，盡量采用短軸結構，同時增加轉子支撐軸承數量，減少支撐間間距；葉輪及流道設計時，充分考慮介質物化性質，做到減少氣蝕和脫流發生，合理選擇葉片數量、出口角等；聯軸器設計結構具有良好的減震性；管路設計符合流體流場要求，盡量減少壓降及能量損耗，同時增加管托等支撐；基礎設計時，混凝土配比和牌號符合要求，一般C25，如大型離心泵基礎，還應增加相應鋼筋網，以提高強度，基礎底板和支架強度及剛度符合要求，嚴禁降級選材，電機支架和基礎可做成一體或面接觸；地腳螺栓布置時，適當增加螺栓套數，避免泵體直接和剛度很大的基礎接觸。

（2）離心泵制造，需要按合同和技術協議要求，定期、定人進行檢查，并對隱蔽項目進行監督作業，發現問題及時處理，未驗收檢查項目，嚴禁進行下道工序。

（3）軸承、機封等部件選型時，應充分考慮離心泵設計、制造、裝配等工藝，同時符合力學結構要求，如軸承既有軸向力，又有徑向力時，不能僅考慮單一力；機封選型時，充分考慮動靜環密封面、彈簧等材料及形式，需要滿足工況最高要求。

3.2 安裝與維護

（1）軸和轉子，安裝前檢查確認離心泵軸、電機軸、傳動軸是否存在彎曲變形或質量偏心問題，如若存在，需要校正和進一步加工；若檢測表明，軸實際已經彎曲，則需要更換或矯正；同時檢查軸端面間隙，間隙值過大，表明軸承已經磨損，需要更換。

（2）葉輪，動、靜平衡是否符合要求。

（3）軸承，需確認軸承結構形式、游隙及等級是否符合工況要求，同時檢查潤滑是否良好；設計滑動軸承結構，軸瓦檢修需遵循先刮瓦，后研磨，再刮瓦等循環程序，確保軸瓦和泵軸接觸面積及油道符合要求，標準規定瓦背與軸承座接觸面積應在60%以上，接觸角度保持在。

（4）聯軸器，緊固螺栓間距符合要求，彈性柱銷和彈性套圈與聯軸器接觸減震良好，若太松或太緊，則需要調整或更換。

（5）基礎、支架和底板，若發現存在振動的支撐件有疲勞情況，應進行分析，已決定是否更換或制定防護措施，防止因強度和剛度降低問題造成固有頻率下降。

（6）間隙，保證安裝時，葉輪和隔板、葉輪和軸套、葉輪口環和泵體、機封動靜環壓縮量、軸承和壓蓋、聯軸器和機泵端面等各零部件裝配間隙。

3.3 操作及其他

（1）工藝操作，進行啟停及切換操作時，嚴格執行操作規程，避免抽空、氣蝕、氣縛等情況發生。

（2）盤車，對停運離心泵，定期進行盤車，避免泵軸彎曲或變形。

（3）軸管路及濾器，定期對管路及濾器進行清理，避免物料沉積或堵塞。

4 結束語

以上是引起離心泵振動的常見原因及預防措施，并不能包含所有原因及預防措施，單獨個體離心泵出現振動時，需要結合實際工況分析，可能涉及一種或多種組合，可以采取逐一因素分析法一一分析，盡量避免同時交叉分析，易出現混亂。