邵霄雷

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司物資供應(yīng)部，上海 200540)

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泵振動(dòng)原因分析及質(zhì)量控制

邵霄雷

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司物資供應(yīng)部，上海 200540)

泵機(jī)組的各個(gè)部件在運(yùn)行中都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，對(duì)泵的安全運(yùn)行造成很大危害。分析了泵產(chǎn)生振動(dòng)的原因，并對(duì)泵的制造、裝配、試驗(yàn)等各環(huán)節(jié)提出了質(zhì)量控制要點(diǎn)：保證加工精度與設(shè)計(jì)精度的一致性；保證泵的試驗(yàn)運(yùn)行工況點(diǎn)與泵的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)符合；保證泵零部件結(jié)構(gòu)尺寸、精度；保證零部件裝配質(zhì)量與其運(yùn)行要求的一致性。

泵 振動(dòng) 零部件 電機(jī) 質(zhì)量控制

振動(dòng)是評(píng)價(jià)泵機(jī)組運(yùn)行可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。振動(dòng)超標(biāo)的危害很多，如：振動(dòng)能造成泵機(jī)組不能正常運(yùn)行；引發(fā)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和管路的振動(dòng)；造成軸承等零部件的損壞；造成基礎(chǔ)裂紋或驅(qū)動(dòng)電機(jī)損壞；造成與泵連接的管件或閥門(mén)松動(dòng)、損壞，并形成噪聲，對(duì)機(jī)組操作人員和周邊環(huán)境造成二次危害。因此有必要對(duì)產(chǎn)生振動(dòng)的原因進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的控制措施。

引起泵振動(dòng)的原因是多方面的：高速旋轉(zhuǎn)部件較多，動(dòng)、靜平衡不能滿足要求；泵的主軸與驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸直接或是通過(guò)聯(lián)軸器間接相連，使得泵的性能和電機(jī)的性能緊密聯(lián)系在一起；與流體作用的部件受流體狀況影響較大，流體運(yùn)動(dòng)本身的復(fù)雜性，也是造成泵動(dòng)態(tài)性能不穩(wěn)定的一個(gè)因素。泵的旋轉(zhuǎn)部件是泵振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因之一，泵的主要旋轉(zhuǎn)部件有葉輪、主軸、葉輪口環(huán)等，這些部件在制造加工、裝配過(guò)程中的不合理操作，都會(huì)造成泵機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)。

1 葉輪

葉輪是泵眾多部件中唯一的做功部件，由前、后蓋板和蓋板之間的葉片組成。葉輪的設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)泵的揚(yáng)程、效率等，其質(zhì)量的好壞對(duì)泵機(jī)組的整體運(yùn)行的影響很大。

1.1 葉輪對(duì)振動(dòng)的影響

葉輪的影響主要體現(xiàn)在以下幾方面：(1)葉輪質(zhì)量偏心，葉輪制造過(guò)程中質(zhì)量控制不好，如鑄造質(zhì)量、加工精度不合格，輸送的流體帶有腐蝕性，葉輪流道受到?jīng)_刷腐蝕，導(dǎo)致葉輪產(chǎn)生偏心；(2)葉輪的葉片數(shù)、出口角、喉部隔舌與葉輪出口邊的徑向距離是否合適；(3)使用中的葉輪口環(huán)與泵體口環(huán)之間、級(jí)間襯套與隔板襯套之間，由最初的碰摩，逐漸變成機(jī)械摩擦磨損。這些問(wèn)題都會(huì)加劇泵的振動(dòng)。

1.2 葉輪的質(zhì)量控制

葉輪鑄造質(zhì)量的好壞直接導(dǎo)致葉輪是否會(huì)產(chǎn)生偏心，雖然能夠在后面的機(jī)械加工中得到改善，但是這無(wú)疑加大了機(jī)械加工的難度，因而對(duì)葉輪鑄件質(zhì)量的檢查很重要。

加工精度的保證對(duì)以后葉輪的裝配、靜平衡等步驟都有影響，比如在加工時(shí)葉輪內(nèi)徑過(guò)小，則在裝配時(shí)就有可能出現(xiàn)葉輪輪轂和主軸的咬合，從而破壞主軸和葉輪；如果葉輪內(nèi)徑過(guò)大，則會(huì)在使用過(guò)程中出現(xiàn)葉輪輪轂處的徑向竄動(dòng)，增加泵組的振動(dòng)，進(jìn)而威脅到泵的運(yùn)行安全。

葉輪的靜平衡是為最后轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡服務(wù)的，靜平衡做的精確，在以后轉(zhuǎn)子整體的動(dòng)平衡過(guò)程中所需要的工作量相對(duì)較少，平衡難度也相應(yīng)減小。泵葉輪的靜平衡方法一般為重力平衡法，采用逐步去重的辦法使其達(dá)到圖紙要求值或是G6.3級(jí)精度要求。

對(duì)于要求比較高的葉輪還要進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，動(dòng)平衡試驗(yàn)在專門(mén)的動(dòng)平衡機(jī)上完成。美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API 610規(guī)定：“葉輪、平衡鼓及類似的主要轉(zhuǎn)動(dòng)部件應(yīng)當(dāng)進(jìn)行到ISO 1940-1 G2.5級(jí)的動(dòng)平衡。平衡用的心軸的質(zhì)量不應(yīng)超過(guò)被平衡零件的質(zhì)量。如果零部件直徑和零部件寬度的比值大于等于6的時(shí)候，零部件平衡可以在一個(gè)平面上進(jìn)行”。泵轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的去重方法依然采用逐步去重的方法，采用打磨機(jī)逐步去重，磨光機(jī)保持葉輪蓋板表面光滑度、外觀質(zhì)量。

2 主軸

主軸作為葉輪的載體和葉輪旋轉(zhuǎn)力的輸送者，在泵的整體機(jī)構(gòu)中起到了重要作用，其本身的質(zhì)量直接關(guān)乎泵整機(jī)的運(yùn)行情況。

2.1 主軸對(duì)振動(dòng)的影響

長(zhǎng)的主軸在運(yùn)行過(guò)程中很容易發(fā)生剛度不足，撓度太大，軸直線度差的情況，造成動(dòng)件(主軸)與靜件(滑動(dòng)軸承或口環(huán))之間的摩擦，形成振動(dòng)。泵軸太長(zhǎng)，受流動(dòng)液體沖擊的影響也較大，使液下部分的振動(dòng)加大。軸端的平衡盤(pán)間隙過(guò)大，或是軸向的工作竄動(dòng)量調(diào)整不當(dāng)，會(huì)造成軸低頻竄動(dòng)，導(dǎo)致軸瓦振動(dòng)。主軸的偏心，會(huì)導(dǎo)致軸的彎曲振動(dòng)。

2.2 主軸的質(zhì)量控制

對(duì)此API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，泵軸全長(zhǎng)都需要進(jìn)行機(jī)械加工并精細(xì)磨光處理，使總的跳動(dòng)量不大于0.025 mm。

對(duì)于兩端支承式泵型，允許的軸、葉輪輪轂、平衡鼓和軸套的跳動(dòng)量見(jiàn)表1。

表1 兩端支承式泵型允許的軸、葉輪輪轂、平衡鼓和軸套的跳動(dòng)量

擾性因子Ff=L4/D2，其中：L為軸承跨距，D為葉輪處的軸直徑(最大值)。平衡盤(pán)間隙、軸向的工作竄動(dòng)量在裝配時(shí)嚴(yán)格按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求執(zhí)行，在工作中應(yīng)該要做到旁站觀察，并進(jìn)行測(cè)量。

3 泵體各零部件間的配合

在泵的檢查中，零部件之間的配合檢查是一個(gè)至關(guān)重要的質(zhì)量點(diǎn)，其配合好壞直接影響泵體能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.1 零部件間配合不當(dāng)?shù)挠绊?/p>

葉輪口環(huán)和泵體口環(huán)之間的間隙過(guò)大，造成泵體內(nèi)泄漏損失大，回流嚴(yán)重，進(jìn)而造成轉(zhuǎn)子軸向力的不平衡和壓力波動(dòng)，增強(qiáng)振動(dòng)。動(dòng)、靜零部件之間的設(shè)計(jì)間隙，因長(zhǎng)期的磨損變大；中間軸承支架與泵筒體間隙超標(biāo)；密封圈間隙不合適，造成的不平衡；密封環(huán)周圍的間隙不均勻，這些不利因素都能造成振動(dòng)。

3.2 零部件間配合的質(zhì)量控制

對(duì)于葉輪口環(huán)和泵體口環(huán)之間的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙，API 610中規(guī)定了一般情況下的最小運(yùn)轉(zhuǎn)間隙，它是以旋轉(zhuǎn)零件的直徑為依據(jù)，從50 mm一直到649.99 mm，對(duì)于旋轉(zhuǎn)零件直徑大于649.99 mm的，最小運(yùn)轉(zhuǎn)間隙應(yīng)當(dāng)是0.095 mm加上每增加1 mm直徑增加0.001 mm的規(guī)范。運(yùn)轉(zhuǎn)間隙的選擇應(yīng)該足夠大，以保證在所有規(guī)定工況下可靠運(yùn)轉(zhuǎn)和避免咬合。

對(duì)于咬合趨勢(shì)大的材料和工作溫度大于260 ℃的各種材料，應(yīng)當(dāng)在一般情況下的最小運(yùn)轉(zhuǎn)間隙再加上0.125 mm。

運(yùn)轉(zhuǎn)間隙的測(cè)量一般通過(guò)測(cè)量泵體口環(huán)的內(nèi)徑、葉輪口環(huán)的外徑，取其兩者之差得出。

4 軸承

軸承的作用是支撐軸，但是這只是軸承作用的一部分，軸承在支撐軸的同時(shí)也起到了一個(gè)固定軸的作用，也就是說(shuō)軸承在分擔(dān)軸徑向載荷(即支撐)的同時(shí)也限定了軸的軸向和徑向的位移，所以軸承與軸之間、軸承與軸承室之間的裝配間隙是否合理直接影響軸的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響機(jī)組運(yùn)行。

軸瓦是軸承的重要組成部分，非常的光滑，一般是由青銅、減磨合金等耐磨材料構(gòu)成，它具有承載軸頸所施加的作用力、保持油膜穩(wěn)定、減少軸承摩擦的作用。軸瓦是汽輪機(jī)的關(guān)鍵部件之一，對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪起到支承的作用。

4.1 軸承的影響及質(zhì)量控制

軸承的剛度太低，會(huì)造成第一臨界轉(zhuǎn)速降低，引起振動(dòng)。另外，軸承性能不良導(dǎo)致耐磨性差，固定不好，軸瓦間隙過(guò)大，也容易造成振動(dòng)；而推力軸承和其他滾動(dòng)軸承的磨損，則會(huì)使軸的軸向竄動(dòng)振動(dòng)以及彎曲振動(dòng)同時(shí)加劇。潤(rùn)滑油選型不當(dāng)、變質(zhì)、雜質(zhì)含量超標(biāo)及潤(rùn)滑管道不暢而導(dǎo)致的潤(rùn)滑故障，都會(huì)造成軸承工作環(huán)境惡化，引發(fā)振動(dòng)。電動(dòng)機(jī)滑動(dòng)軸承油膜的自激也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

4.2 軸瓦的影響及質(zhì)量控制

泵軸瓦的裝配過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格遵循先刮瓦、后研磨、再刮瓦的循環(huán)程序，保證軸瓦與軸頸的接觸面積、間隙達(dá)到規(guī)定值：(1)泵軸頸與軸承間隙值，通過(guò)更換前后軸承、研磨、刮瓦、調(diào)整等手段達(dá)到合格，軸瓦與軸頸間隙值的測(cè)量一般采用壓鉛法或者是塞尺，塞尺使用方便，使用較多；(2)泵軸承體與軸承球面頂間隙值合格；(3)泵軸軸承下瓦和泵軸軸頸接觸點(diǎn)及接觸角度：下瓦背與軸承座接觸面積應(yīng)在60%以上，軸頸處滑動(dòng)接觸面上的接觸點(diǎn)密度保持在每1 cm2有2～4個(gè)點(diǎn)，接觸角度保持在60°～90°。

對(duì)于制造廠的潤(rùn)滑油牌號(hào)要仔細(xì)核對(duì)，并確保潤(rùn)滑油的清潔度。

5 驅(qū)動(dòng)電機(jī)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是動(dòng)力源，其本身也是高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，所以電機(jī)本身的質(zhì)量對(duì)泵機(jī)組的振動(dòng)也是有很大的影響的。

5.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)質(zhì)量對(duì)振動(dòng)的影響

電機(jī)零部件松動(dòng)，軸承定位不牢固，鐵芯硅鋼片過(guò)松，軸承因磨損而導(dǎo)致支撐剛度下降，會(huì)引起振動(dòng)。轉(zhuǎn)子彎曲或質(zhì)量分布問(wèn)題導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均，造成靜、動(dòng)平衡量超標(biāo)；電機(jī)缺相、各相電源不平衡等原因也能引起振動(dòng)。電機(jī)定子繞組，由于裝配操作問(wèn)題，造成各相繞組之間的電阻不平衡，因而導(dǎo)致產(chǎn)生的磁場(chǎng)不均勻，產(chǎn)生了不平衡的電磁力，這種電磁力成為激振力而引發(fā)振動(dòng)。

5.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的質(zhì)量控制

對(duì)于泵制造廠而言，在泵組中驅(qū)動(dòng)電機(jī)屬于外購(gòu)件，除了對(duì)于相關(guān)的合格證、質(zhì)量文件進(jìn)行審查，確保到廠電機(jī)是合格外，在制造廠進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，通常還要進(jìn)行電機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)與泵對(duì)中完成后、電機(jī)底座固定好之后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)不與泵頭相連接，首先進(jìn)行電機(jī)空載試驗(yàn)，測(cè)量電機(jī)伸出端軸承部位的振動(dòng)值，確定其振動(dòng)值不超標(biāo)后，再和泵頭相連，保證整體機(jī)組振動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議要求。

6 基礎(chǔ)、泵支架、管道及泵體的質(zhì)量控制

在制造廠試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)泵的支架、底座是靠壓板來(lái)進(jìn)行固定的，基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和尺寸。試驗(yàn)之前應(yīng)該先檢查試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的清潔狀況，確保試驗(yàn)場(chǎng)地干凈，沒(méi)有影響泵組底座平整度的大物件，盡可能地多放一些壓板，并把壓板全部固定好。在試驗(yàn)過(guò)程中，如果出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)的情況，首先調(diào)節(jié)壓板，擰緊或是放松壓板螺絲，查看振動(dòng)值是否減小，如無(wú)減小，則可排除基礎(chǔ)、泵支架固定方面的原因。

制造廠試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的管道布置、管道固定情況直接影響到泵組振動(dòng)的測(cè)量值。如果制造廠試驗(yàn)臺(tái)的規(guī)模較小，則會(huì)限制管道的鋪設(shè)，使管道存在許多彎頭。水流對(duì)管道彎管的沖擊、出口管道上調(diào)節(jié)閥的振動(dòng)在固定不穩(wěn)當(dāng)?shù)那闆r下，都有可能帶動(dòng)泵組振動(dòng)，從而影響實(shí)際泵組振動(dòng)的測(cè)量。對(duì)于在地上的管道，盡可能用壓板將其固定住，減少管道的振動(dòng)；架在空中的軟管要用起重設(shè)備將其吊起，保持管路的暢通，壓力的均布性；硬管要用起重設(shè)備固定，盡可能的減少振動(dòng)。

泵的水力設(shè)計(jì)和自身的結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)泵機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生影響：泵體內(nèi)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的非對(duì)稱壓力場(chǎng)；葉輪內(nèi)部以及蝸殼、導(dǎo)流葉片漩渦的發(fā)生及消失；閥門(mén)半開(kāi)造成漩渦而產(chǎn)生的振動(dòng)；由于葉輪葉片數(shù)有限而導(dǎo)致的出口壓力分布不均；葉輪內(nèi)的脫流、喘振、流道內(nèi)的脈動(dòng)壓力、汽蝕；流體在泵體中流動(dòng)，對(duì)泵體會(huì)有摩擦和沖擊，比如流體撞擊隔舌和導(dǎo)流葉片的前緣，造成振動(dòng)。這些因素不能在制造過(guò)程中加以消除，只有在設(shè)計(jì)過(guò)程中逐步地完善水力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能逐漸的消除這方面的不利因素。

7 結(jié)語(yǔ)

泵振動(dòng)的原因包括機(jī)械、水力、電力，機(jī)械加工工藝、裝配人員的操作水平、水力設(shè)計(jì)軟件的功能、材料性能，這些都能影響到泵產(chǎn)生振動(dòng)的大小。實(shí)際制造過(guò)程中，提高設(shè)計(jì)、加工、裝配質(zhì)量，很多振動(dòng)都可以在出廠之前得以消除。伴隨著新材料技術(shù)的發(fā)展和新工藝的出現(xiàn)，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和流體力學(xué)基礎(chǔ)理論的進(jìn)步，加上振動(dòng)診斷技術(shù)的發(fā)展，泵的設(shè)計(jì)、制造水平必將越來(lái)越高，性能也一定會(huì)日趨優(yōu)化、穩(wěn)定。

[1]關(guān)醒凡.泵的理論與設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[2]劉紅云，盧捍衛(wèi).離心泵振動(dòng)原因分析.煉油技術(shù)與工程，2009,39(6):20-24.

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[5]淮慧海，朱曉輝.水泵振動(dòng)原因及對(duì)策.機(jī)械工程及自動(dòng)化，2004(1):59-61.

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[7]查森.葉片泵原理及水利設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

江蘇100 kt/a甲醇制330 kt/a烯烴項(xiàng)目中交

富德(常州)能源化工發(fā)展有限公司(簡(jiǎn)稱富德能源)90 kt/a C4加工丙烯(OCU)裝置、300 kt/a聚丙烯(PP)裝置完成中交，標(biāo)志著富德能源甲醇系列深加工及綜合利用項(xiàng)目所有單元全部建成中交，正式轉(zhuǎn)入生產(chǎn)準(zhǔn)備階段。

該公司100 kt/a甲醇制330 kt/a烯烴項(xiàng)目規(guī)劃一期總投資2.73億元美元，采用甲醇制取低碳烯烴工業(yè)化技術(shù)(DMTO)生產(chǎn)聚合級(jí)乙烯、聚合級(jí)丙烯、丙烷、混合C4和C5等重要的化工產(chǎn)品。據(jù)稱，該項(xiàng)目將成為國(guó)內(nèi)第11套投入工業(yè)運(yùn)營(yíng)的DMTO裝置。

富德能源另外還運(yùn)營(yíng)寧波1 800 kt/a甲醇制烯烴裝置，500 kt/a乙二醇、400 kt/a聚丙烯項(xiàng)目，該項(xiàng)目位于浙江寧波化學(xué)工業(yè)區(qū)，總投資約60億元，采用中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所DMTO工藝。2013年9月，富德能源收購(gòu)浙江天圣控股子公司——寧波禾元化學(xué)有限公司。寧波禾元正式更名為寧波富德能源有限公司。

(中國(guó)石化有機(jī)原料科技情報(bào)中心站供稿)

茂湛煉化一體化基地正式啟動(dòng)

茂湛一體化基地建設(shè)全面啟動(dòng)，預(yù)定3年內(nèi)建成投產(chǎn)。茂湛一體化設(shè)想主要是將茂名石化、湛江東興、中科項(xiàng)目一起考量，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的資源配置、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化茂湛地區(qū)的人力資源。

據(jù)悉，茂湛基地是中國(guó)石化四大基地中最先啟動(dòng)的基地。早年間國(guó)家圈定的七大煉化基地包括：大連長(zhǎng)興島(西中島)、河北曹妃甸、上海漕涇、江蘇連云港、浙江寧波、福建古雷以及廣東惠州，但茂湛基地并未在之前圈定的基地中。

(中國(guó)石化有機(jī)原料科技情報(bào)中心站供稿)

Analysis on Causes of Pump Vibration and Quality Control

Shao Xiaolei

(MaterialsSupplyDepartment,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

Various parts of the pump unit will produce vibration during operation,which causes great harm to the safe operation of the pump.The causes of pump vibration were analyzed,and quality control points were put forward for each procedure such as pump manufacture,assembly and test: ensuring the consistency of machining precision and design precision; ensuring the conformity of pump trial running operating points and designing operating work,ensuring the structure size and accuracy of pump parts; and ensuring the quality of parts assembly and operation of the consistency of their requirements.

pump,vibration,components,motor,quality control

2016-05-15。

邵霄雷，男，1983年出生，2006年畢業(yè)于江蘇省鹽城工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事采購(gòu)物資質(zhì)量管理工作。

1674-1099 (2016)05-0050-04

TH17

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