石化離心泵設(shè)備系統(tǒng)工程振動偏大影響因素的探究

張翼飛，謝小青

（1. 江蘇雙達(dá)泵業(yè)股份有限公司，江蘇靖江 214537；2. 上海電氣凱士比核電泵閥有限公司，上海 201306）

隨著石化設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷健全與應(yīng)用，在泵設(shè)備采購過程中對泵振動指標(biāo)要求越來越高。API 610 和GB/T 29531 已成為泵設(shè)備振動驗收的通用標(biāo)準(zhǔn)[1-2]，振動值不高于3.0 mm/s 和 4.5 mm/s 已成為基本要求。無論作為泵設(shè)備的設(shè)計制造企業(yè)還是終端用戶，如何做到讓泵系統(tǒng)振動值達(dá)標(biāo)，一直都是困擾泵設(shè)備工程師和制造廠的一大難題。

泵設(shè)備在運行過程中的振動狀況，一方面，除了與泵本身的設(shè)計制造質(zhì)量有關(guān)外，還與客戶的使用條件好壞直接相關(guān)，只有雙方都具備了所需的良好條件，才可能取得好的運行效果。

因為對泵設(shè)備振動影響因素多而復(fù)雜，涉及到泵本身設(shè)計、制造、使用及維護(hù)等多方面，作為泵設(shè)備的設(shè)計制造企業(yè)，泵設(shè)計工程師們往往不知道客戶的詳細(xì)安裝使用情況，而泵設(shè)備使用單位對泵自身的技術(shù)細(xì)節(jié)也往往缺乏深入了解，因此經(jīng)常產(chǎn)生因?qū)Ψ揭髼l件缺乏了解而導(dǎo)致的泵系統(tǒng)振動值偏大問題。如果供需雙方能夠?qū)τ绊懕迷O(shè)備及系統(tǒng)振動因素的認(rèn)知相通，無疑對所選用泵設(shè)備的安全使用是一件十分有益的工作。

根據(jù)查閱大量文獻(xiàn)資料可知[3-10]，目前對泵及系統(tǒng)振動影響因素的研究多是以對某一具體要素對泵設(shè)備振動影響的研究為主，泵行業(yè)還缺少系統(tǒng)、全面地對影響泵及整個系統(tǒng)振動值偏大所有因素的梳理匯總，更不便于遇到問題時技術(shù)人員的查閱參考。為此，本文盡可能詳盡地對已知可能導(dǎo)致泵設(shè)備振動值偏大的各類影響因素進(jìn)行了梳理匯總，藉此方便泵制造廠或終端用戶需要時參考。

文中泵設(shè)備系統(tǒng)的工程振動是指泵設(shè)備在客戶現(xiàn)場運行過程中發(fā)生的各類振動值偏大問題，相比制造廠出廠試驗過程中遇到的泵振動問題，影響因素更加復(fù)雜。

1 誘發(fā)泵設(shè)備振動值偏大的主要因素

根據(jù)各類參考文獻(xiàn)及作者本人數(shù)十年在石化泵制造企業(yè)所積累的實際工作經(jīng)驗，本文從泵系統(tǒng)方面和泵設(shè)備本身兩個方面總結(jié)出可能引發(fā)石化離心泵及系統(tǒng)振動值偏大的主要原因有數(shù)十項之多，詳見表1 ～2。

表1 可能引發(fā)泵振動值偏大的原因：泵系統(tǒng)因素方面Table 1 Potential causes induced pump excessive vibration pump and system aspect

為便于分類表述，做下列兩個定義。

泵頭：指裸泵頭，不包含與泵相連接諸如驅(qū)動電機(jī)、耦合器、齒輪箱、離合器、連接管路、閥門、過濾器、聯(lián)軸器、設(shè)備底座等配套設(shè)備。

泵系統(tǒng)：指與泵頭連接的各類相關(guān)設(shè)備總和，包括泵頭及驅(qū)動鏈上所有驅(qū)動機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、底座及管路、管路上的閥門、過濾器、彎頭、管路支承等設(shè)備。

2 泵系統(tǒng)振動問題的研究進(jìn)展

對于泵及系統(tǒng)振動問題，有些尚可通過一些“小修小改”使振動值減小，但也有一些振動問題，一旦發(fā)生，很難通過“小修小改”使振動降低；根據(jù)筆者的經(jīng)驗，在引發(fā)泵振動偏大的諸多原因中，水力激振（Hydraulic Excitation）是最難于解決的問題，由于其本質(zhì)是液流對泵過流部件的水力沖擊而導(dǎo)致的振動，如果該振動的頻率與泵設(shè)備的某一類頻率（機(jī)械、電磁）接近或倍數(shù)關(guān)系，就會誘發(fā)泵振動過大。一旦發(fā)生，解決的方法往往是更換泵頭或者改變泵系統(tǒng)，非常復(fù)雜麻煩。

雖然在API 610 標(biāo)準(zhǔn)中，提出了對石化泵的振動分析包括橫向振動分析（Lateral Vibration Analysis）和扭轉(zhuǎn)振動分析（Torsional Vibration Analysis）兩種方式。橫向振動分析和扭轉(zhuǎn)振動分析都是成熟的分析方法，這種方法的實質(zhì)是通過預(yù)測泵轉(zhuǎn)子或整個泵系統(tǒng)轉(zhuǎn)子鏈（包括驅(qū)動機(jī)、泵設(shè)備、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)、離合器等）在典型工況條件下固有頻率（Natural Frequency）的方式，以期使泵的實際工作轉(zhuǎn)速避開危險區(qū)間的分析方法。

盡管在泵設(shè)計過程中，會通過精心設(shè)計流道形狀、合理選擇葉片或?qū)~數(shù)量等方法避免發(fā)生過大水力激振，但由于理論與實際的偏差，葉輪切割、制造精度、偏離最優(yōu)設(shè)計點等都會導(dǎo)致水力沖擊，另外，管路上的閥門、彎頭、過濾器等也會改變泵流動狀態(tài)，這種振動無法通過提高葉輪動平衡精度、加強(qiáng)支承、增加剛度等措施有效消除。

表2 可能引發(fā)泵系統(tǒng)振動偏大的原因：泵本身因素方面Table 2 Potential causes induced pump excessive vibration from bare pump head aspect

圖1 泵進(jìn)、出口管路彎頭閥門不當(dāng)配置Fig.1 A typical Improper fitted valves and dead-end pipes both in suction and discharge branches for the double entry pump

圖2 泵出口管路不當(dāng)配置[2]Fig.2 An improper pipeline layout in discharge branch of the pump

圖3 正確的雙吸泵進(jìn)口管路要求 [3]Fig.3 The suction pipe requirement for double entry pumps

水力激振的表現(xiàn)會集中反應(yīng)到在泵體、泵蓋等過流部件外表面的振動上，而泵體或泵蓋的振動會帶動相連接的軸承架上的測量取振點振動變大，因此可能誘發(fā)“誤診”。

圖4 雙吸泵入口配置閥門要求 [3]Fig.4 Effect of a badly fitted valve in the pump suction line

圖5 雙吸泵正確的管路配置方式Fig.5 Correct Suction and discharge pipelines layout for double entry pumps

圖6 雙吸泵葉輪進(jìn)口非對稱流動引發(fā)漩渦[4]Fig.6 Asymmetric approach flow to double entry pump impeller and vortex generation

圖7 閉式離心葉輪后蓋板與泵體襯板間隙過小Fig.7 Too small clearance between impeller rear disc and pump cover surface

表3 是筆者總結(jié)歸納出的可能誘發(fā)水力激振過大的影響因素。

表3 可能引發(fā)過大水力激振的影響因素Table 3 Potential causes induced pump excessive vibration stems from hydraulic excitation

3 結(jié)束語

（1）無論是泵設(shè)備的設(shè)計制造企業(yè)，還是負(fù)責(zé)泵設(shè)備工程應(yīng)用的工程公司，以及泵設(shè)備的最終用戶都應(yīng)盡量充分了解可能導(dǎo)致泵在運行過程中發(fā)生振動偏大的影響因素，做到提前統(tǒng)籌預(yù)防，避免振動偏大導(dǎo)致故障發(fā)生。

（2）在所有導(dǎo)致泵振動偏大的因素中，流固耦合引發(fā)的水力激振是最難以解決的問題，因此更應(yīng)避免。

（3）雖然振動頻譜儀之類振動分析設(shè)備可以檢測出泵設(shè)備的振動頻譜分布，但仍需要有經(jīng)驗的工程師或設(shè)備管理人員給出正確的診斷分析，在工程實際中，振動分析儀所給出的標(biāo)準(zhǔn)式“診斷結(jié)論”只能用于參考。