離心泵振動超標(biāo)原因分析及措施

石奇峰

（中國石油遼陽石化公司尼龍廠，遼寧 遼陽 111003）

1 概述

遼陽石化公司尼龍廠醇酮車間新醇酮裝置低壓驟冷泵P2401B由吉林省宇琦泵業(yè)有限公司制造，該泵為單級懸臂式離心泵，型號80PHP315，機(jī)械密封形式為單端波紋管機(jī)械密封，型號DBM50B-1，介質(zhì)為洗滌油，工作溫度25℃，入口壓力常壓，出口壓力0.9MPa，流量為116m3/h，揚(yáng)程86m，由電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)型號YB250M-2W，功率55kW，轉(zhuǎn)速2970r/min。該泵軸承箱驅(qū)動端為一對7308軸承背靠背安裝，主要承受軸向作用力，非驅(qū)動端為1套NU308軸承，主要承受徑向作用力。機(jī)泵振動監(jiān)測簡圖參見圖1，監(jiān)測點(diǎn)1～6位置分別為電機(jī)垂直，電機(jī)水平，軸承箱驅(qū)動端垂直，軸承箱驅(qū)動端水平，軸承箱非驅(qū)動端垂直，軸承箱非驅(qū)動端水平。

圖1 離心泵振動監(jiān)測簡圖

2 離心泵振動超標(biāo)現(xiàn)象描述

2019年11月20日，P2401B泵啟動運(yùn)行時噪音較大，觀察泵出口壓力為0.9MPa，工藝流量滿足生產(chǎn)需求。使用測振儀對機(jī)泵各軸承振值進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)參數(shù)見表1，由表1可以發(fā)現(xiàn)，電機(jī)振動情況正常，而機(jī)泵軸承箱水平和垂直振值都超標(biāo)，超過公司要求4.5mm/s。軸承箱水平兩測點(diǎn)振值不穩(wěn)定，在某個區(qū)間波動，軸承箱垂直兩測點(diǎn)相對水平振值更高，振值相對穩(wěn)定。機(jī)泵振動超標(biāo)是造成密封泄漏、軸承、軸等部件損壞的重要原因，極易導(dǎo)致機(jī)泵故障停機(jī)。因此，及時找出振動原因，采取應(yīng)對措施，對機(jī)泵平穩(wěn)運(yùn)行具有重要意義。

表1 機(jī)泵振動數(shù)值

3 振動超標(biāo)原因分析

為探求P2401B泵的振動原因，分別對泵的軸承狀態(tài)、聯(lián)軸器對中、轉(zhuǎn)子動平衡，地腳螺栓松緊度、出入口管線應(yīng)力五個方面進(jìn)行了分析。

3.1 軸承狀態(tài)

P2401B泵軸承箱驅(qū)動端為一對角接觸軸承，型號7308，非驅(qū)動端為一套圓柱滾子軸承，型號NU308。為了探明機(jī)泵軸承狀態(tài)，使用型號為LQ102軸承狀態(tài)檢測儀對泵軸承進(jìn)行診斷，根據(jù)滾動軸承檢測理論，滾動軸承的故障頻率集中在高頻范圍，LQ方法是測量600Hz～10kHz頻帶的振動并將所有由機(jī)械故障如不平衡和不對中引起的振動過濾，機(jī)泵功率、轉(zhuǎn)速和軸承尺寸對LQ值幾乎沒有影響，所以LQ法能夠精確地判斷軸承狀態(tài)，當(dāng)LQ值＜1時，軸承狀態(tài)良好；當(dāng)1＜LQ值＜2時，需要加注潤滑油改善潤滑狀態(tài)；當(dāng)LQ值＞2時，軸承狀態(tài)較差，需要更換軸承。而檢測結(jié)果顯示，驅(qū)動端軸承LQ值為2.3，非驅(qū)動端軸承LQ值為2.1，軸承LQ值均＞2，說明軸承箱兩側(cè)軸承狀態(tài)差。對機(jī)泵軸承箱進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)角接觸軸承輕度磨損，徑向軸承保持架損壞。軸承磨損造成軸承內(nèi)外圈間隙增大，轉(zhuǎn)子部件發(fā)生偏心運(yùn)行，從而導(dǎo)致機(jī)泵振動值增大。

3.2 聯(lián)軸器對中

P2401B泵采用雙膜片聯(lián)軸器，雙膜片聯(lián)軸器是一種高性能的金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、強(qiáng)度高、壽命長、補(bǔ)償能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。使用激光找正儀對機(jī)泵對中情況進(jìn)行檢測，檢查結(jié)果為垂直方向：平行偏差0.5mm，角度偏差0.1mm/100mm；水平方向：平行偏差0.4mm，角度偏差0.25mm/100mm。按照檢修規(guī)范要求，平行偏差0.05mm以內(nèi)，角度偏差0.05mm/100mm以內(nèi)，檢測結(jié)果表明，機(jī)泵聯(lián)軸器對中超出正常范圍。聯(lián)軸器對中不良將產(chǎn)生附加彎矩，給軸承增加附加載荷，致使軸承間的負(fù)荷重新分配，形成附加激勵，引起機(jī)泵強(qiáng)烈振動，嚴(yán)重時導(dǎo)致軸承和聯(lián)軸器損壞，地腳螺栓斷裂或扭彎、油膜失穩(wěn)、轉(zhuǎn)軸彎曲、轉(zhuǎn)子與定子間產(chǎn)生磨碰等嚴(yán)重后果。因此，要及時處理不對中故障確保機(jī)泵正常運(yùn)行。

3.3 轉(zhuǎn)子動平衡

使用型號CSI2140頻譜分析儀對機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，在頻譜圖中，諧波能量集中于工頻和二倍頻，并且會出現(xiàn)較小的高次諧波，二倍頻表示轉(zhuǎn)子不對中，而工頻則是典型不平衡癥狀，說明機(jī)泵轉(zhuǎn)子不平衡。用百分表測量軸頭徑向跳動值，最大處為0.015mm，根據(jù)規(guī)范，軸徑40mm跳動值0.05mm以內(nèi)為合格，說明軸沒有彎曲。檢查葉輪，沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕、開裂，磨損等異常情況。結(jié)合頻譜分析及機(jī)泵振動特點(diǎn)，確定不平衡位置集中在聯(lián)軸器附近，對聯(lián)軸器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器連接螺栓磨損嚴(yán)重，且螺栓上彈簧墊安裝不對稱，判斷由于螺栓磨損及彈簧墊安裝不對稱造成轉(zhuǎn)子不平衡。機(jī)泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于不平衡導(dǎo)致轉(zhuǎn)子形成周期性離心力，在軸承上產(chǎn)生動載荷，從而引起機(jī)泵振動值增大。

3.4 地腳螺栓松緊度

由機(jī)泵振動數(shù)值可以看出，機(jī)泵垂直方向振值比水平振值高，初步判斷地腳螺栓可能出現(xiàn)松動現(xiàn)象。對電機(jī)、軸承箱支架、泵體地腳螺栓松緊度進(jìn)行檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)軸承箱支撐架螺栓松動，軸承箱支架位于軸承箱驅(qū)動端下方，對驅(qū)動端軸承影響最明顯，對非驅(qū)動端軸承影響相對減小，所以驅(qū)動端垂直振值高于非驅(qū)動端。因此，判斷軸承箱支撐架螺栓松動是導(dǎo)致軸承垂直方向振值增大的重要原因。

3.5 出入口管線應(yīng)力

檢查機(jī)泵出入口管線支撐，此時，正值冬季，北方寒冷的天氣造成基礎(chǔ)沉降不均，管線支撐已經(jīng)脫離地面，將機(jī)泵出入口法蘭口斷開，在自由狀態(tài)下，入口法蘭偏口10mm，出口法蘭偏口20mm，說明出入口管線對機(jī)泵存在應(yīng)力，應(yīng)力作用會影響機(jī)泵整體受力情況，影響軸承、機(jī)械密封受力，加速軸承以及機(jī)械密封的損壞，造成機(jī)泵振動增大。

4 采取措施

4.1 更換軸承

對機(jī)泵進(jìn)行解體，更換7308軸承2套，NU308軸承1套，采用熱裝法裝配軸承，檢查軸承座與軸承配合間隙符合要求，調(diào)整軸承壓蓋與軸承端面間隙，控制在0.02～0.06mm，確保檢修符合規(guī)范。

4.2 調(diào)整聯(lián)軸器對中

使用激光找正儀對機(jī)泵聯(lián)軸器對中進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后垂直方向：平行偏差0.01mm，角度偏差0.01mm/100mm；水平方向：平行偏差0.02mm，角度偏差0.01mm/100mm，符合規(guī)范要求，徹底消除對中不良對機(jī)泵運(yùn)行的影響。

4.3 消除轉(zhuǎn)子不平衡

將聯(lián)軸器螺栓全部更換，螺栓彈簧墊對稱布置，并使用型號CSI2140頻譜分析儀對機(jī)泵進(jìn)行在線動平衡實(shí)驗(yàn)，根據(jù)頻譜圖確定不平衡位置及不平衡量，最終在聯(lián)軸器螺栓上加配重3.2g調(diào)整墊片，消除轉(zhuǎn)子不平衡。

4.4 緊固地腳螺栓

在軸承箱支撐架螺栓上增加防松墊片后進(jìn)行緊固，并定期對地腳螺栓松緊度進(jìn)行檢查，強(qiáng)化員工巡檢質(zhì)量，增加機(jī)泵振值監(jiān)測頻次。防止機(jī)泵運(yùn)行過程中由于螺栓松動造成機(jī)泵振值增加。

4.5 消除管線應(yīng)力

通過在出入口管線支撐增減墊鐵的方式，調(diào)整管線支撐，消除出入口管線對機(jī)泵的應(yīng)力。計劃在停車檢修時，在出入口管線支撐上增加可調(diào)節(jié)彈簧支架，消除基礎(chǔ)沉降不均對出入口管線的影響，避免產(chǎn)生管線應(yīng)力。通過以上五項(xiàng)措施，啟動機(jī)泵后軸承箱振值大幅下降，均在4.5mm/s以下，運(yùn)轉(zhuǎn)24小時，測量各軸承振動數(shù)值均正常，機(jī)泵振動超標(biāo)治理成功。表2為采取措施后各軸承振值數(shù)據(jù)，可以看出，采取措施后，機(jī)泵各軸承振值均有所下降，達(dá)到良好的運(yùn)行狀態(tài)。

表2 采取措施前后機(jī)泵振值數(shù)據(jù)表

5 結(jié)語

振動超標(biāo)是離心泵常見故障之一，振動的發(fā)生往往由多重因素和多種原因共同作用導(dǎo)致，當(dāng)離心泵振動超標(biāo)時，必須采用科學(xué)的技術(shù)手段，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論分析，將機(jī)泵振動機(jī)理分析和實(shí)際檢測數(shù)據(jù)緊密結(jié)合，確定振動故障所有原因，并采取合理的處理措施，才能使機(jī)泵恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。