長輸管道360GKSN160輸油泵振動(dòng)檢測與分析

陳佳琪

（中國石化銷售有限公司華南分公司，廣東廣州 511400）

0 引言

輸油泵作為油品輸送過程中的動(dòng)力設(shè)備，應(yīng)用在華南長輸成品油管道中的每個(gè)輸油站場。公司每年開展主輸油泵大修和保養(yǎng)等工作，但隨著主輸油泵使用年限的增加，使用過程中會(huì)出現(xiàn)各種問題，振動(dòng)是泵機(jī)組最常見的故障之一[1]，輸油泵振動(dòng)會(huì)給生產(chǎn)帶來影響且有安全隱患[2]，降低輸油效率[3]。因此，需要對(duì)輸油泵振動(dòng)問題進(jìn)行分析和研究。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)

國產(chǎn)300GKSN160型主輸油泵進(jìn)口口徑300 mm，水平中開式，雙吸葉輪，單級(jí)設(shè)計(jì)揚(yáng)程160 m，泵轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針方向，剖面如圖1所示。

圖1 主輸油泵結(jié)構(gòu)

2 測點(diǎn)分布

泵機(jī)組共有9個(gè)測點(diǎn)，1#測點(diǎn)位于電機(jī)基座（圖2a），2#測點(diǎn)位于電機(jī)基座（圖2b），3#測點(diǎn)位于泵體基座（圖2c），4#測點(diǎn)位于泵體基座（圖3a），5#測點(diǎn)位于軸承座非驅(qū)動(dòng)端（圖3b），6#測點(diǎn)位于出口法蘭位置（圖3c），7#測點(diǎn)位于入口法蘭位置（圖4a），8#測點(diǎn)位于出口管道（圖4b），9#測點(diǎn)位于軸承座驅(qū)動(dòng)端（圖4c）。

3 測試工況

測試的采樣頻率均為2.048×103Hz，分為3組工況：

（1）停機(jī)狀態(tài)。各測點(diǎn)的振動(dòng)情況能夠反映整個(gè)管道和當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行情況，作為參照組。

圖2 1#，2#，3#測點(diǎn)位置

圖3 4#，5#，6#測點(diǎn)位置

圖4 7#，8#，9#測點(diǎn)位置

（2）敲擊狀態(tài)。依次豎直敲擊1#～9#測點(diǎn)，得到振動(dòng)曲線，并通過頻域分析，獲得1#～9#測點(diǎn)的固有頻率。

（3）運(yùn)行狀態(tài)。入口流量分別為470 m3/h，520 m3/h和660 m3/h等3組運(yùn)行工況，采樣時(shí)間均為20 s，分別得到3種工況下的振動(dòng)時(shí)域信息，并對(duì)所有測點(diǎn)位置的振動(dòng)時(shí)域信息進(jìn)行分析，得到相應(yīng)的幅值譜。

在實(shí)驗(yàn)的全過程中，該泵鄰近的一臺(tái)泵一直處于運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)對(duì)該泵的測試結(jié)果產(chǎn)生影響，尤其是對(duì)停機(jī)狀態(tài)和敲擊狀態(tài)測試。

3.1 停機(jī)狀態(tài)測試結(jié)果

選取電機(jī)基座1#測點(diǎn)、出口管道8#測點(diǎn)和軸承座驅(qū)動(dòng)端9#測點(diǎn)作為主要研究對(duì)象。將采集到的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻域分析得到相應(yīng)的幅值譜（圖5）。其中，1#測點(diǎn)幅值譜關(guān)鍵點(diǎn)為（299.5，0.001 716）、（599，0.000 5282），8#幅值譜關(guān)鍵點(diǎn)為（299.5，0.1419），9#幅值譜關(guān)鍵點(diǎn)為（299.5，0.056 01）、（599，0.031 61）。每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)均取299.5 Hz和599 Hz兩個(gè)頻率，299.5 Hz是該泵的葉頻，599 Hz是葉頻的2倍頻。

可以看出，在此工況下，該泵的振動(dòng)主要是由與臨近泵的聯(lián)運(yùn)產(chǎn)生的。從整體分析，在299.5 Hz時(shí)，1#測點(diǎn)和9#測點(diǎn)的振動(dòng)幅值都小于0.1 g，相對(duì)較小，8#測點(diǎn)振動(dòng)幅值0.1419 g，明顯大于其余兩處，一方面可能是由于管道空心、剛度較小引起的振動(dòng)；另一方面則可能是支撐不合理，導(dǎo)致出口管道處的振動(dòng)偏大，但第二種可能性需要通過運(yùn)行狀態(tài)測試結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

圖5 1#，8#，9#測點(diǎn)幅值譜

3.2 敲擊狀態(tài)測試結(jié)果

若輸油泵的軸頻、葉頻振動(dòng)或者泵體內(nèi)流質(zhì)激振頻率在設(shè)備的固有頻率（一階、二階固有頻率）附近，運(yùn)行過程中就會(huì)引發(fā)設(shè)備共振，導(dǎo)致振動(dòng)超限。

由于該泵鄰近的一臺(tái)泵一直處于運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)對(duì)該組測試結(jié)果產(chǎn)生較大影響，故通過與停機(jī)狀態(tài)試結(jié)果比照，在結(jié)果中去除鄰近泵的影響。

通過依次豎直敲擊1#～8#測點(diǎn)位置和結(jié)果分析，得到各測點(diǎn)的固有頻率（表1）。

3.3 運(yùn)行狀態(tài)測試結(jié)果

進(jìn)行470 m3/h，520 m3/h和660 m3/h等3組流量工況下的測試，采樣時(shí)間均為20 s。該泵的額定轉(zhuǎn)速2980 r/min（49.67 Hz），6片葉輪，即軸頻約為50 Hz，葉頻約為300 Hz。

（1）在 470 m3/h 工況，觀察 1#～9#測點(diǎn)幅值譜，發(fā)現(xiàn) 1#～7#測點(diǎn)和 9#測點(diǎn)的關(guān)鍵頻率大多是 300 Hz，600 Hz，900 Hz，1200 Hz，1500 Hz，1800 Hz等葉頻以及葉頻的多倍頻，并且對(duì)應(yīng)的幅值都＜1 g，說明這些位置的振動(dòng)不是特別劇烈；8#測點(diǎn)在1496 Hz時(shí)的振動(dòng)幅值為1.188 g，在振動(dòng)要求范圍內(nèi)，不屬于振動(dòng)超高。

（2）在 520 m3/h 工況，觀察 1#～9#測點(diǎn)幅值譜，發(fā)現(xiàn) 1#～7#測點(diǎn)和 9#測點(diǎn)的關(guān)鍵頻率依然是 300 Hz，600 Hz，900 Hz，1200 Hz，1500 Hz，1800 Hz等葉頻以及葉頻的多倍頻，并且對(duì)應(yīng)的幅值都＜1g，說明這些位置的振動(dòng)不是特別劇烈；8#測點(diǎn)在1496 Hz時(shí)的振動(dòng)幅值下降至0.9573 g，較470 m3/h時(shí)下降了0.2307 g。

表1 固有頻率測試結(jié)果

（3）在 660 m3/h 工況，觀察 1#～9#測點(diǎn)幅值譜，發(fā)現(xiàn) 1#～7#測點(diǎn)和9#測點(diǎn)的振動(dòng)頻率分布情況大體保持不變，而出口管道處8#測點(diǎn)振動(dòng)情況進(jìn)一步緩解，與其余8個(gè)測點(diǎn)振動(dòng)水平基本一致，說明從520 m3/h加大到660 m3/h后，隨著流量的增加，流量值更加接近設(shè)計(jì)工況，振動(dòng)減小。

4 結(jié)論與建議

通過對(duì)3組測試結(jié)果的處理和分析，發(fā)現(xiàn)輸油泵振動(dòng)的主要頻率是該泵的葉頻以及葉頻的多倍頻。

（1）停機(jī)狀態(tài)測試結(jié)果表明鄰近泵的運(yùn)行對(duì)測試泵的測試結(jié)果產(chǎn)生影響，測試泵背景噪聲的主要頻率成分是鄰近泵運(yùn)行產(chǎn)生的葉頻（300 Hz），并且由于2臺(tái)泵距離很近，振動(dòng)幅值較大，對(duì)測試泵振動(dòng)的測量有較明顯的影響。

（2）敲擊狀態(tài)測試結(jié)果表明通過對(duì)8個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行敲擊實(shí)驗(yàn)，基本可測出其固有頻率，其中，1#～4#測點(diǎn)和6#，7#測點(diǎn)的敲擊固有頻率與泵的軸頻、葉頻并無明顯重合跡象，5#和8#測點(diǎn)的敲擊固有頻率中存在300 Hz成分，但通過進(jìn)一步分析，確定此頻率成分來源于鄰近泵的振動(dòng)。通過以上分析，可基本排除軸頻、葉頻引發(fā)設(shè)備共振的可能性。

（3）運(yùn)行狀態(tài)測試9個(gè)測點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)顯示，振動(dòng)的主要頻率成分是 100 Hz，300 Hz，600 Hz，900 Hz，1200 Hz，1500 Hz，1800 Hz等葉頻以及葉頻多倍頻，其中1#～7#測點(diǎn)、9#測點(diǎn)主要振動(dòng)頻率的幅值均＜1 g，在正常范圍內(nèi)。8#測點(diǎn)主要振動(dòng)頻率成分是1498 Hz，即葉頻的 5倍頻，其對(duì)應(yīng)幅值在（0.3～1）g范圍內(nèi)，隨著3組工況流量的增大，振動(dòng)幅值越來越小，說明出口管道處振動(dòng)狀態(tài)在正常范圍內(nèi)。

由于振動(dòng)主要頻率成分多出了100 Hz的頻率成分，考慮是轉(zhuǎn)子問題導(dǎo)致，如轉(zhuǎn)子角度不對(duì)中、平行不對(duì)中、復(fù)合不對(duì)中、轉(zhuǎn)子剛度不對(duì)稱等問題。鑒于此種情況，建議現(xiàn)場使用該型泵時(shí)，為避免振動(dòng)問題的產(chǎn)生，從安裝到使用過程中，要注意轉(zhuǎn)子的安裝和維護(hù)。