屏蔽泵的振動原因分析及解決對策*

李偉明，李 寧，段志宏，關詩明

（廣東石油化工學院廣東省石化裝備故障診斷重點實驗室，廣東茂名 525000）

0 引言

屏蔽泵把泵和電動機都封閉在殼體內，無傳統的密封裝置，從而實現無泄漏輸送流體［1］，所以屏蔽泵常用于核電站與石油化工企業進行放射性、有毒有害液體的輸送。同時，屏蔽泵輸送的介質亦作為泵的冷卻劑及潤滑劑，大大節省了冷卻及潤滑的費用［2-4］，這使得屏蔽泵的應用越來越廣泛。然而，由于屏蔽泵運行工況的苛刻性，難免會發生故障，許多企業為了省事，當泵出現故障時，都是直接更換或簡單處理便恢復生產［5］。

屏蔽泵的故障多表現為振動，而動平衡則是引起振動的主要原因。轉子動平衡的研究已經超過百年，基礎理論已經相當成熟，動平衡機就是理論轉為工程應用的成果轉換。然而，現在的工程應用大多只是簡單地進行轉子校正，并沒有對轉子產生不平衡的原因進行相應分析，以致于屏蔽泵的故障不定時發生。倘若要避免安全事故的發生，對這些故障進行深入地研究就顯得很有必要，并據此做好一些應對工作［6］。

1 屏蔽泵常見故障類型

屏蔽泵主要由泵體、轉子、定子、葉輪、石墨軸承、推力盤及屏蔽套等組成，按工作原理是屬于離心泵的一種，只是把動密封改成靜密封，利用屏蔽套隔開了轉子與定子［7］。由于屏蔽泵長期在高溫、高壓、腐蝕環境下工作，常會出現以下幾種故障。

（1）軸承長期工作中的磨損，或機械雜質進入屏蔽泵引起磨損，導致泵不能正常運行。

（2）輸送介質流量過低時，屏蔽泵運行產生的熱量未能及時被循環液帶走，導致軸承表面溫度上升，使軸承抱死。

（3）葉輪被輸送介質腐蝕，引起轉子不平衡而導致泵不能正常運行。

從相關資料來看，轉子與定子間的屏蔽套刮磨、口環刮磨、汽蝕、地腳螺栓松動等故障都出現過［8-9］。

2 案例分析

某石化廠苯乙烯車間采用上海日機裝牌SGM系列屏蔽泵輸送苯乙烯，自2007 年12 月開始投用至今，其性能參數如表1所示。

表1 SGM系列屏蔽泵性能參數

2.1 現場概況

2019年11 月初，巡檢人員在例行巡檢過程中發現GA-205屏蔽泵聲音異常，且壓力表壓力波動較大，隨即使用便攜式測振儀進行檢測，發現在垂直方向振動值達5.9 mm/s，最大振動值測點如圖1 所示。經班組技術人員商討決定采取保護措施，緊急切換備用泵。

圖1 最大振動值測

圖2 轉子外觀圖

對GA-205泵進行拆解檢查，如圖2 所示，發現葉輪處有輕微的不均勻損傷。為防止轉子因不平衡振動引起事故，現場技術員將該轉子送至實驗室進行平衡校正。

2.2 轉子校正過程

轉子的校正分為離線平衡校正和在線平衡校正，因現場動平衡校正需要動火作業，危險程度較高，若非特殊情況，一般都是將轉子拆卸下來送至實驗室進行離線動平衡校正。在平衡校正過程中，主要通過對轉子進行加重或去重來解決不平衡問題。一般來說，對于有兩個平衡面的轉子采用動平衡校正，而只有一個平衡面的則采用靜平衡校正。

（1）靜平衡校正

針對屏蔽泵轉子與電機直接連接，沒有對輪的情況，而葉輪兩面距離也較小，據此，首先考慮對轉子進行靜平衡校正。經測量，轉子總長為442 mm，質量為12 kg，最大直徑為204 mm。上機測定（本測試均采用德國申克公司臥式動平衡機HN4BU）得到初始不平衡值為13.2 g，如圖3 所示。因葉輪直徑較小，且葉片厚度較薄，為不影響葉輪的工作強度，去重時采用兩葉片寬角度同時去重，校正后的不平衡值為0.638 mg，如圖4所示。

圖3 轉子初始不平衡量

圖4 轉子校正后不平衡量

回廠安裝試運行，發現振動、噪聲和壓力波動并無明顯改善，仍需對該泵的振動原因進一步作分析探討。

（2）現場動平衡測試

為了解決泵的故障問題，在現場對泵進行振動測試。由圖5所示的圖譜可知，振動最大值仍然有5.149 mm/s，1 倍頻比較突出，2倍頻、3倍頻相對較小，由此可以確定轉子主要是由于轉子的質量不平衡引起，因此再把轉子拆卸下來，進行動平衡校正。

圖5 靜平衡校正后的現場頻譜圖

（3）動平衡校正

雖然轉子組件的直徑相對葉輪較小，但其內含軸、線圈等轉子組件的質量占整個轉子質量份量較大，如果不考慮轉子組件而單獨進行葉輪靜平衡校正，對消除轉子振動并不能取得較好的效果。因此，必須對轉子進行動平衡校正。

因轉子組件直徑過小，如果進行去重，極有可能損傷內部線圈。因此，本次動平衡校正采用加重的方式進行，如圖6所示。

圖6 動平衡校正面的確定

經上機測定，轉子組件處應加重15.1 g，葉輪處應加重11.1 g，平衡等級已經大于G6.3，不符合安全生產標準。

在焊接之前，在轉子組件與葉輪處用膠水貼緊配重件進行試配重，以防焊后不可復原。當試配重發現轉子運行平穩，且不平衡量等級低于G2.5 后，即可進行焊接，如圖7所示。焊好后再上機測定，轉子組件不平衡量為0.308 g，葉輪處不平衡量為1.56 g，已經達到安全生產標準，可回廠安裝運行。

圖7 動平衡校正情況

回裝后試運行，泵運行正常，振動值為2.0 mm/s，現場噪聲明顯變小，壓力也恢復在正常波動范圍。

后經與現場技術員溝通，對屏蔽泵入口濾網進行檢查，發現濾網存在破損的情況，對濾網進行更換處理后，屏蔽泵再投入運行。

2.3 結論與分析

對SGM系列屏蔽泵本次故障綜合分析，可分為葉輪損傷的原因分析與轉子不平衡引起振動問題的解決分析，并據此提出了以下解決措施。

（1）針對葉輪產生損傷的原因分析。因為屏蔽泵全密閉運行，外部雜質是無法進入泵體的，因此，葉輪的刮傷可能是輸送介質帶來的雜質摩擦產生，或軸承磨損磨粒對葉輪造成損傷。輸送介質帶來的雜質能進入泵體，應是泵入口處的過濾網破損引起；而軸承磨損應是潤滑不良引起，潤滑不良則說明流量不足，極有可能是因為濾網堵塞。為了防止葉輪再次受到損壞，應定期對濾網進行檢查，發現問題應當及時更換或清洗。

（2）針對轉子不平衡引起振動問題的解決分析。當屏蔽泵的運行噪聲增大、泵體振動異常、出口壓力波動大等，可以先在現場進行頻譜測試，確認是否由于轉子不平衡引起。對于轉子不平衡引起的振動，當轉子組件的質量占整個轉子質量比重較大時，則不能因其直徑較小而忽略，應與葉輪一起作為平衡面進行平衡校正。

3 結束語

通過本次對屏蔽泵的故障處理，發現泵的壓力、振動及聲音等能及時反映屏蔽泵的早期故障，在生產現場應按時巡檢，若發現壓力、振動及聲音有異常，可通過頻譜儀進一步測試，確定具體的故障原因。在處理故障后，也應對故障的根本原因進行分析，并提出相應的解決措施及維護建議，這將有助于企業安全、平穩地生產，降低企業的運行成本。