淺析離心泵振動故障診斷及解決措施

孫永航

（遼陽石化分公司烯烴廠，遼寧 遼陽 111003）

由于離心泵設備具有結構簡單、流量均勻、運轉穩定可靠、檢查維修方便等特點，所以在乙烯工業生產中得到了廣泛的應用，并取得了理想的應用效果。而在乙烯工業生產的過程中，針對裝置設備的連續性要求較高，則需要重點保障在線設備運轉的安全性與穩定性。所以，積極開展離心泵振動故障的診斷與解決處理，具有重要的現實意義。

1 離心泵振動故障分析

本文結合21-P-225泵的振動情況開展離心泵振動故障分析。在乙烯裂解生產裝置中，新堿循環泵是裂解工藝生產階段堿洗系統設備中的基礎和關鍵，保障其運轉的安全性與穩定性，能夠直接提升整個堿洗系統和整套乙烯裂解生產裝置的實際運轉情況。如果離心泵出現異常振動，則極易引發其他故障。因離心泵異常振動而引發的故障類型較多，例如，泵連接體出現裂紋現象，泵軸的軸承出現異常損壞現象，軸承出現橫向裂紋現象或抱軸現象，機械密封出現短時泄漏現象，連接管路出現振動現象，以及焊接口出現開裂現象，連接部件松動現象和電機損壞現象等。這些問題不僅會對設備的穩定運轉帶來直接威脅，還會增大設備的整體維修費用，甚至因此而引發停產現象和安全事故，給企業帶來不必要的損失與麻煩。

2 離心泵振動故障類型分析

離心泵振動故障類型主要有以下幾種：轉子不平衡或不對中、轉軸明顯彎曲、轉子的支撐部件聯接出現松動以及機械密封動靜件出現摩擦現象，軸承的各零部件出現各類故障等等，這些故障都會體現出現一個顯著的特點，即機器會出現異常的振動現象并伴有明顯的噪聲。離心泵的振動信號能夠從時域與頻域方面反應離心泵故障的相關信息，其中，時域主要是反應離心泵實際運行狀態方面的問題，而頻域方面則主要反應的是離心泵設備的故障類型，故障的具體部位和相關原因等。所以，在離心泵振動故障分析中，頻譜分析法具有較高的應用頻率。不同類型的故障會具有相應的表現，具體情況如下。

（1）轉子不平衡現象：離心泵的轉子不平衡主要體現為轉子的水平振動與垂直振動的相位差在90°。（2）轉子聯軸器不對中現象：如果聯軸器出現平行不對中的現象，則會導致振動頻率為二倍頻。由于聯軸器的偏角出現不對中的現象，會導致轉子在軸向引發工頻振動現象。而平行偏角不對中現象，則是對上述兩種情況的綜合體現，不僅引發轉子出現徑向振動現象與軸向振動現象，還會導致軸向振動的相位差變為180°，但是，徑向振動則變為同相位的情況。這一特征是角度不對中的顯著體現。（3）軸承座不對中現象：振動頻率為工頻，但是，同時還伴有二倍與三倍頻。如果是滾動軸承出現不對中現象，那么n倍頻則是最直接的體現，并且徑向與軸向的振動都體現得十分明顯。（4）軸承彎曲現象：以工頻為主的振動頻率，不時會伴有二倍頻或三倍頻的出現，其中以二倍頻低于三倍頻為主要表現。（5）基礎松動現象與軸承松動現象：如果是基礎松動現象，則在工頻振動方面體現得更加明顯，并且徑向較大，垂直則更加明顯，而軸向的振動則體現得較小甚至趨于正常。如果是軸承松動現象，振動頻率則會體現為工頻或2倍頻。（6）轉子組件松動現象：振動頻率為工頻，并可能出現1/2或1/3等分數倍頻以及倍頻等情況。

3 離心泵振動故障檢測及原因

針對離心泵故障類型的具體判斷過程，應用工頻頻譜分析法不僅精準度高，且時效性強。主要是因為不管離心泵出現何種故障，在頻率方面都會有所體現，同時，離心泵故障而引發的振動大部分都是強迫性振動，而強迫性振動的頻率與輸入工頻都會體現明顯的相等性，這便使得故障類型的判斷具有了理論依據。

21-P-225泵的振動故障，主要體現為泵端振動超標明顯，其中在水平方面體現得尤為突出。實際所測量出的頻譜，電機工頻振幅較大，同時，二倍頻與三倍頻的幅值均超過了相關標準，在時域中的沖擊也體現得十分顯著，且水平與垂直方向的振動相位差已經達到180°左右。如果是聯軸器不對中，則通常會體現出以下三種情況，即平行不對中現象、偏角不對中現象以及平行偏角不對中現象等。如果是平行不對中現象，振動頻率則會是轉子頻率的兩倍；如果是偏角不對中現象，連軸器的附加彎矩則會導致兩個軸中心線的偏角減小，當軸旋轉一周時，彎矩的作用方向就會發生一次改變，所以是偏角不對中導致轉子的軸向力被增加，并且軸向上的工頻振動與二倍頻振動都會體現得很強烈；如果是平行偏角不對中現象，則會綜合上述兩種情況。所以，21-P-225泵的振動故障類型屬于平行偏角不對中現象。

4 解決措施

4.1 聯軸器

21-P-225泵的聯軸器外徑為φ130mm，且中間短軸帶有加長梅花形聯軸器。而梅花形聯軸器的凸爪之間裝有梅花形彈性環，利用其兩者間的擠壓作用進行動力傳遞，彈性環的變形則可以達到補償周圍相對偏移情況與減震緩沖的目標。帶中間短軸的梅花形聯軸器如圖1所示。

圖1 帶中間短軸的梅花形聯軸器

4.2 不對中原因

利用打表測量的方式對泵端與電機端的聯軸器進行測量，各項數據均低于0.05mm，符合技術標準的范圍。但是，當離心泵重新啟動后，離心泵的振動值缺始終處于明顯超標的狀態，導致設備無法正常運行。通過開展對中找中心的操作發現，聯軸器的短軸3同法蘭連接的凸緣存在尺寸精度不足的現象，同時，在后期使用與維護過程中導致連接法蘭的凸緣具有明顯的損傷，從而使得聯軸器的端面與軸中線無法垂直。由于泵端聯軸器會對短軸聯軸器的運動產生明顯的束縛作用，使短軸器反作用在泵軸上的不平衡力偶就體現得越大，所以平行偏角不對中現象就會表現得更嚴重，如圖2所示。在不平衡現象與不對中故障的雙重影響下，使得工頻與二倍頻表現得十分明顯。當離心泵開始啟動時，偏心聯軸器的高速旋轉而形成了較大的撓曲變形與附加力矩，而附加力矩使得聯軸器1與短軸2之間的螺栓出現松動，導致離心泵軸的振動加劇。

圖2 加長型聯軸器平行偏角不對中示意圖

4.3 解決措施

針對聯軸器不對中現象的處理，首先需要用雙膜片聯軸器更換梅花形聯軸器，雙膜片連軸器的膜片彈性變形能夠對聯結兩軸的相對位移進行有效的補償，同時，針對主機與從動機之間的制作和安裝誤差、承載變形情況，在溫度因素影響下而出現的軸向與徑向偏移情況，以及角度偏移情況等，雙模片連軸器都能進行補償。由于慣性主軸與旋轉軸線間的偏心情況，導致零件在運轉時出現不平衡慣性力，由此引發傳動軸系的振動故障。而雙膜片聯軸器兩端的結構為固定性的，在懸臂質量方面以及水平方向，垂直方向的附加位移差都相對較小。所以，在更換雙膜片連軸器后，離心振動泵各點的振動值均得到了有效的改善。

5 結語

綜上所述，要保障離心泵設備的穩定運轉，則需要積極開展科學系統的振動故障診斷與處理。一方面，及時發現與處理各類故障問題，確保生產計劃的有序進行；另一方面，避免小問題引發大事故，給企業帶來嚴重的經濟風險。所以，技術人員要重視離心泵振動故障的科學診斷分析，并根據診斷結果制定相應的解決措施，由此確保設備的穩定運轉，保障企業生產計劃的順利完成。