泵振动原因分析及质量控制

邵霄雷

(中国石化上海石油化工股份有限公司物资供应部，上海 200540)



泵振动原因分析及质量控制

邵霄雷

(中国石化上海石油化工股份有限公司物资供应部，上海 200540)

泵机组的各个部件在运行中都会产生振动，对泵的安全运行造成很大危害。分析了泵产生振动的原因，并对泵的制造、装配、试验等各环节提出了质量控制要点：保证加工精度与设计精度的一致性；保证泵的试验运行工况点与泵的设计工况点符合；保证泵零部件结构尺寸、精度；保证零部件装配质量与其运行要求的一致性。

泵 振动 零部件 电机 质量控制

振动是评价泵机组运行可靠性的一个重要指标。振动超标的危害很多，如：振动能造成泵机组不能正常运行；引发驱动电机和管路的振动；造成轴承等零部件的损坏；造成基础裂纹或驱动电机损坏；造成与泵连接的管件或阀门松动、损坏，并形成噪声，对机组操作人员和周边环境造成二次危害。因此有必要对产生振动的原因进行分析，并采取相应的控制措施。

引起泵振动的原因是多方面的：高速旋转部件较多，动、静平衡不能满足要求；泵的主轴与驱动电机轴直接或是通过联轴器间接相连，使得泵的性能和电机的性能紧密联系在一起；与流体作用的部件受流体状况影响较大，流体运动本身的复杂性，也是造成泵动态性能不稳定的一个因素。泵的旋转部件是泵振动产生的主要原因之一，泵的主要旋转部件有叶轮、主轴、叶轮口环等，这些部件在制造加工、装配过程中的不合理操作，都会造成泵机组运行中的振动。

1 叶轮

叶轮是泵众多部件中唯一的做功部件，由前、后盖板和盖板之间的叶片组成。叶轮的设计关系到整个泵的扬程、效率等，其质量的好坏对泵机组的整体运行的影响很大。

1.1 叶轮对振动的影响

叶轮的影响主要体现在以下几方面：(1)叶轮质量偏心，叶轮制造过程中质量控制不好，如铸造质量、加工精度不合格，输送的流体带有腐蚀性，叶轮流道受到冲刷腐蚀，导致叶轮产生偏心；(2)叶轮的叶片数、出口角、喉部隔舌与叶轮出口边的径向距离是否合适；(3)使用中的叶轮口环与泵体口环之间、级间衬套与隔板衬套之间，由最初的碰摩，逐渐变成机械摩擦磨损。这些问题都会加剧泵的振动。

1.2 叶轮的质量控制

叶轮铸造质量的好坏直接导致叶轮是否会产生偏心，虽然能够在后面的机械加工中得到改善，但是这无疑加大了机械加工的难度，因而对叶轮铸件质量的检查很重要。

加工精度的保证对以后叶轮的装配、静平衡等步骤都有影响，比如在加工时叶轮内径过小，则在装配时就有可能出现叶轮轮毂和主轴的咬合，从而破坏主轴和叶轮；如果叶轮内径过大，则会在使用过程中出现叶轮轮毂处的径向窜动，增加泵组的振动，进而威胁到泵的运行安全。

叶轮的静平衡是为最后转子动平衡服务的，静平衡做的精确，在以后转子整体的动平衡过程中所需要的工作量相对较少，平衡难度也相应减小。泵叶轮的静平衡方法一般为重力平衡法，采用逐步去重的办法使其达到图纸要求值或是G6.3级精度要求。

对于要求比较高的叶轮还要进行动平衡试验，动平衡试验在专门的动平衡机上完成。美国石油学会标准API 610规定：“叶轮、平衡鼓及类似的主要转动部件应当进行到ISO 1940-1 G2.5级的动平衡。平衡用的心轴的质量不应超过被平衡零件的质量。如果零部件直径和零部件宽度的比值大于等于6的时候，零部件平衡可以在一个平面上进行”。泵转子动平衡的去重方法依然采用逐步去重的方法，采用打磨机逐步去重，磨光机保持叶轮盖板表面光滑度、外观质量。

2 主轴

主轴作为叶轮的载体和叶轮旋转力的输送者，在泵的整体机构中起到了重要作用，其本身的质量直接关乎泵整机的运行情况。

2.1 主轴对振动的影响

长的主轴在运行过程中很容易发生刚度不足，挠度太大，轴直线度差的情况，造成动件(主轴)与静件(滑动轴承或口环)之间的摩擦，形成振动。泵轴太长，受流动液体冲击的影响也较大，使液下部分的振动加大。轴端的平衡盘间隙过大，或是轴向的工作窜动量调整不当，会造成轴低频窜动，导致轴瓦振动。主轴的偏心，会导致轴的弯曲振动。

2.2 主轴的质量控制

对此API标准规定，泵轴全长都需要进行机械加工并精细磨光处理，使总的跳动量不大于0.025 mm。

对于两端支承式泵型，允许的轴、叶轮轮毂、平衡鼓和轴套的跳动量见表1。

表1 两端支承式泵型允许的轴、叶轮轮毂、平衡鼓和轴套的跳动量

扰性因子Ff=L4/D2，其中：L为轴承跨距，D为叶轮处的轴直径(最大值)。平衡盘间隙、轴向的工作窜动量在装配时严格按照图纸设计要求执行，在工作中应该要做到旁站观察，并进行测量。

3 泵体各零部件间的配合

在泵的检查中，零部件之间的配合检查是一个至关重要的质量点，其配合好坏直接影响泵体能否正常运转。

3.1 零部件间配合不当的影响

叶轮口环和泵体口环之间的间隙过大，造成泵体内泄漏损失大，回流严重，进而造成转子轴向力的不平衡和压力波动，增强振动。动、静零部件之间的设计间隙，因长期的磨损变大；中间轴承支架与泵筒体间隙超标；密封圈间隙不合适，造成的不平衡；密封环周围的间隙不均匀，这些不利因素都能造成振动。

3.2 零部件间配合的质量控制

对于叶轮口环和泵体口环之间的运转间隙，API 610中规定了一般情况下的最小运转间隙，它是以旋转零件的直径为依据，从50 mm一直到649.99 mm，对于旋转零件直径大于649.99 mm的，最小运转间隙应当是0.095 mm加上每增加1 mm直径增加0.001 mm的规范。运转间隙的选择应该足够大，以保证在所有规定工况下可靠运转和避免咬合。

对于咬合趋势大的材料和工作温度大于260 ℃的各种材料，应当在一般情况下的最小运转间隙再加上0.125 mm。

运转间隙的测量一般通过测量泵体口环的内径、叶轮口环的外径，取其两者之差得出。

4 轴承

轴承的作用是支撑轴，但是这只是轴承作用的一部分，轴承在支撑轴的同时也起到了一个固定轴的作用，也就是说轴承在分担轴径向载荷(即支撑)的同时也限定了轴的轴向和径向的位移，所以轴承与轴之间、轴承与轴承室之间的装配间隙是否合理直接影响轴的旋转，进而影响机组运行。

轴瓦是轴承的重要组成部分，非常的光滑，一般是由青铜、减磨合金等耐磨材料构成，它具有承载轴颈所施加的作用力、保持油膜稳定、减少轴承摩擦的作用。轴瓦是汽轮机的关键部件之一，对于高速运转的汽轮起到支承的作用。

4.1 轴承的影响及质量控制

轴承的刚度太低，会造成第一临界转速降低，引起振动。另外，轴承性能不良导致耐磨性差，固定不好，轴瓦间隙过大，也容易造成振动；而推力轴承和其他滚动轴承的磨损，则会使轴的轴向窜动振动以及弯曲振动同时加剧。润滑油选型不当、变质、杂质含量超标及润滑管道不畅而导致的润滑故障，都会造成轴承工作环境恶化，引发振动。电动机滑动轴承油膜的自激也会产生振动。

4.2 轴瓦的影响及质量控制

泵轴瓦的装配过程应严格遵循先刮瓦、后研磨、再刮瓦的循环程序，保证轴瓦与轴颈的接触面积、间隙达到规定值：(1)泵轴颈与轴承间隙值，通过更换前后轴承、研磨、刮瓦、调整等手段达到合格，轴瓦与轴颈间隙值的测量一般采用压铅法或者是塞尺，塞尺使用方便，使用较多；(2)泵轴承体与轴承球面顶间隙值合格；(3)泵轴轴承下瓦和泵轴轴颈接触点及接触角度：下瓦背与轴承座接触面积应在60%以上，轴颈处滑动接触面上的接触点密度保持在每1 cm2有2～4个点，接触角度保持在60°～90°。

对于制造厂的润滑油牌号要仔细核对，并确保润滑油的清洁度。

5 驱动电机

驱动电机是动力源，其本身也是高速旋转机械，所以电机本身的质量对泵机组的振动也是有很大的影响的。

5.1 驱动电机质量对振动的影响

电机零部件松动，轴承定位不牢固，铁芯硅钢片过松，轴承因磨损而导致支撑刚度下降，会引起振动。转子弯曲或质量分布问题导致的转子质量分布不均，造成静、动平衡量超标；电机缺相、各相电源不平衡等原因也能引起振动。电机定子绕组，由于装配操作问题，造成各相绕组之间的电阻不平衡，因而导致产生的磁场不均匀，产生了不平衡的电磁力，这种电磁力成为激振力而引发振动。

5.2 驱动电机的质量控制

对于泵制造厂而言，在泵组中驱动电机属于外购件，除了对于相关的合格证、质量文件进行审查，确保到厂电机是合格外，在制造厂进行试验时，通常还要进行电机空载运转，电机与泵对中完成后、电机底座固定好之后，驱动电机不与泵头相连接，首先进行电机空载试验，测量电机伸出端轴承部位的振动值，确定其振动值不超标后，再和泵头相连，保证整体机组振动符合标准和协议要求。

6 基础、泵支架、管道及泵体的质量控制

在制造厂试验过程中，试验现场泵的支架、底座是靠压板来进行固定的，基础应具有足够的强度和尺寸。试验之前应该先检查试验现场的清洁状况，确保试验场地干净，没有影响泵组底座平整度的大物件，尽可能地多放一些压板，并把压板全部固定好。在试验过程中，如果出现振动超标的情况，首先调节压板，拧紧或是放松压板螺丝，查看振动值是否减小，如无减小，则可排除基础、泵支架固定方面的原因。

制造厂试验现场的管道布置、管道固定情况直接影响到泵组振动的测量值。如果制造厂试验台的规模较小，则会限制管道的铺设，使管道存在许多弯头。水流对管道弯管的冲击、出口管道上调节阀的振动在固定不稳当的情况下，都有可能带动泵组振动，从而影响实际泵组振动的测量。对于在地上的管道，尽可能用压板将其固定住，减少管道的振动；架在空中的软管要用起重设备将其吊起，保持管路的畅通，压力的均布性；硬管要用起重设备固定，尽可能的减少振动。

泵的水力设计和自身的结构也会对泵机组的振动产生影响：泵体内叶轮旋转时产生的非对称压力场；叶轮内部以及蜗壳、导流叶片漩涡的发生及消失；阀门半开造成漩涡而产生的振动；由于叶轮叶片数有限而导致的出口压力分布不均；叶轮内的脱流、喘振、流道内的脉动压力、汽蚀；流体在泵体中流动，对泵体会有摩擦和冲击，比如流体撞击隔舌和导流叶片的前缘，造成振动。这些因素不能在制造过程中加以消除，只有在设计过程中逐步地完善水力设计和结构设计才能逐渐的消除这方面的不利因素。

7 结语

泵振动的原因包括机械、水力、电力，机械加工工艺、装配人员的操作水平、水力设计软件的功能、材料性能，这些都能影响到泵产生振动的大小。实际制造过程中，提高设计、加工、装配质量，很多振动都可以在出厂之前得以消除。伴随着新材料技术的发展和新工艺的出现，以及计算机技术和流体力学基础理论的进步，加上振动诊断技术的发展，泵的设计、制造水平必将越来越高，性能也一定会日趋优化、稳定。

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[7]查森.叶片泵原理及水利设计.北京:机械工业出版社，1981.

江苏100 kt/a甲醇制330 kt/a烯烃项目中交

富德(常州)能源化工发展有限公司(简称富德能源)90 kt/a C4加工丙烯(OCU)装置、300 kt/a聚丙烯(PP)装置完成中交，标志着富德能源甲醇系列深加工及综合利用项目所有单元全部建成中交，正式转入生产准备阶段。

该公司100 kt/a甲醇制330 kt/a烯烃项目规划一期总投资2.73亿元美元，采用甲醇制取低碳烯烃工业化技术(DMTO)生产聚合级乙烯、聚合级丙烯、丙烷、混合C4和C5等重要的化工产品。据称，该项目将成为国内第11套投入工业运营的DMTO装置。

富德能源另外还运营宁波1 800 kt/a甲醇制烯烃装置，500 kt/a乙二醇、400 kt/a聚丙烯项目，该项目位于浙江宁波化学工业区，总投资约60亿元，采用中国科学院大连化学物理研究所DMTO工艺。2013年9月，富德能源收购浙江天圣控股子公司——宁波禾元化学有限公司。宁波禾元正式更名为宁波富德能源有限公司。

(中国石化有机原料科技情报中心站供稿)

茂湛炼化一体化基地正式启动

茂湛一体化基地建设全面启动，预定3年内建成投产。茂湛一体化设想主要是将茂名石化、湛江东兴、中科项目一起考量，实现最优的资源配置、产品结构以及优化茂湛地区的人力资源。

据悉，茂湛基地是中国石化四大基地中最先启动的基地。早年间国家圈定的七大炼化基地包括：大连长兴岛(西中岛)、河北曹妃甸、上海漕泾、江苏连云港、浙江宁波、福建古雷以及广东惠州，但茂湛基地并未在之前圈定的基地中。

(中国石化有机原料科技情报中心站供稿)

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年毕业于江苏省盐城工学院应用化学专业，工程师，现从事采购物资质量管理工作。

1674-1099 (2016)05-0050-04

TH17

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