长输成品油管道输油泵机组振动完整性评价

黄 晨

（中国石化销售有限公司华南分公司，广东广州 510620）

0 引言

输油泵机组是长输成品油管道的主要动力设备，输油泵机组振动水平对设备可靠性至关重要。因此，对输油泵机组工厂试验、现场试运行及长期运行的振动进行完整性评价，并制定输油泵个性化振动评价方法，可实现对输油泵运行振动情况的准确评价。

1 输油泵振动常用评价标准介绍

目前，输油泵机组振动标准主要有GB/T 6075.7—2015《机械振动 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第7部分工业应用的旋转动力泵（包括旋转轴测量）》（等同于ISO 10816-7：2009）、GB/T 6075.3—2011《机械振动 在非旋转部件上测量评价机器的振动 第3部分：额定功率大于15 kW额定转速在（120～15000）r/min的在现场测量的工业机器》（等同于ISO 10816-3：2009）、GB/T 11348.3—2011《机械振动 在旋转轴上测量评价机器的振动 第3部分：耦合的工业机器》（等同于ISO 7919-3：2009），GB/T 29531—2013《泵的振动测量与评价方法》和ANSI/API STANDARD 610《石油、石化和天然气工业用离心泵》第11版（等同于ISO 13709—2009）等标准。

1.1 标准适用性范围

GB/T 6075.7—2015介绍了额定功率＞1 kW的工业应用旋转动力泵的振动评价，规定了在非旋转部件（轴承座）上测量评价振动的具体要求，提供了在现场运行时和在工厂或制造商测试设施上进行验收测试时测量评价旋转动力泵轴承座振动烈度的具体指南，也给出了评价旋转轴相对轴振动的一般信息和指南。如果泵停运时的振动值超过运行时的25%，则需要采取矫正措施以减少环境振动的影响。该标准评价准则既适用于泵的运行监测，也适用于现场或制造商测试设施上进行的验收测试。该标准指出，对于集成电机（叶轮安装于电机轴上或叶轮轴与电机轴刚性连接）的泵组，GB/T 6075.7—2015适用于整个耦合泵组。该标准给出了卧式泵、立式泵的振动测点位置示意图。用于测量旋转动力泵非旋转部件振动的测量是振动速度，而转速＜600 r/min的泵，需要额外测量振动位移。该标准要求，测量应在转子和主要轴承达到其正常稳态运行的温度时进行，当工况发生了变化（变转速或变负荷），应在所有工况下进行测量，最大值代表其振动烈度。

GB/T 6075.3—2011适用于额定功率＞15 kW，额定转速在（120～15 000）r/min的现场测量的工业机器，包括各种类型电机，但不适用于包含集成电机的转子动力泵。对于挠性连接的泵组，GB/T 6075.7—2015仅适用于泵本体，不涉及分开安装的驱动机，这些驱动机振动在GB/T 6075.3—2011中涉及。长输成品油管道输油泵机组一般为叠片挠性联轴器，因此其电机振动可按GB/T 6075.3—2011进行评价。

GB/T 11348.3—2011给出了对正常运行状态下位于或靠近耦合的工业机器轴承处测量的轴振动的评价准则，提供的关于泵的信息与GB/T 6075.7—2015互为补充，如果两项标准的方法都可使用，通常应使用限制更严的那一项标准。该标准提出，在特定情况下，评价泵的轴振时，应考虑现场运行条件、进行验收时的条件和ISO 10816.7给出的轴承间隙的影响。通常测量是相对于轴承的振动。停机状态下，若超过工作转速下所规定振动许用值的1/3时应采取措施消除环境振动的影响。该标准适用于稳定工况，载荷发生正常的缓慢变化的情况，在不同工况下或者瞬态变化期间是不适用的。

GB/T 29531—2013 适用于转速为（600～12 000）r/min（＜600 r/min可参照使用）的各型式泵，泵与电机共轴（或泵轴与电机轴采用刚性联轴器连接）的泵机组。如泵静止时振动值超过运行时的25%，应采取措施减少环境振动值。叶片泵应在规定转速（允许偏差±5%）以及允许用到的大流量、小流量、保证点流量等工况点进行测量。非往复式容积泵应在规定转速（允许偏差±5%）、规定工作压力的工况点进行测量。测量时应考虑轴承温度不稳定对测量的影响，不能在汽蚀状态下进行测量。对于降低转速试验的振动测量，不能作为评价的依据。该标准给出了卧式泵、立式泵、单级或两级悬臂泵、双吸离心泵、多级离心泵、齿轮泵、滑片泵、立式离心泵、立式混流泵、立式轴流泵、立式双吸泵、长轴深井泵和立式螺杆泵的振动测点位置示意图。

ANSI/API STANDARD 610有关振动的条款，主要适用于悬臂泵、两端支承式泵、立式悬吊式泵和高能泵性能试验过程中振动评价。该标准给出了悬臂泵、两端支承泵、立式悬吊式泵、立式管道泵和高速齿轮箱成一整体的泵的振动测点位置示意图。

1.2 振动评价准则

各标准均给出了A（新交付机器应达状态或优良状态），B（机器可以长期运行或合格状态），C（机器可短期运行但必须采取补救措施或不合格状态）和D（不允许状态）等4个区域边界振动限值。

GB/T 6075.7—2015给出了振动速度限值表、低速泵（＜600 r/min）振动位移限值和最大轴相对振动位移推荐值表（根据旋转动力泵滑动轴承名义径向间隙确定），该标准认为不论刚性支承还是挠性支承，不论在泵的水平方向还是垂直方向上，只要在该标准规定的位置测量就没有明显区别。该标准认为，不同机器的报警值可能上下变动很大，通常相对于基线值来设定的，而基线值是根据具体机器的测量位置或方向的经验确定的，建议报警值比基线值高出区域B上限值的25%，如果基线值低则报警值可能＜区域C。在没有建立基线值的情况下，初始报警值应根据其他类似机器的经验或接受的验收值来设定，建议报警值一般不超过区域B上限值的1.25倍，如果稳态基线值发生变化（如机器检修后），宜相应修改报警值。相同设计的所有机器一般采用相同的停机值，对于不同设计的机器停机值可能不同，且不可能给出绝对的停机值指南。通常停机值在区域C或D内，但建议停机值不超过区域C上限的1.25倍。

GB/T 6075.3—2011考虑了机器功率、转轴高度、刚生支承和挠性支承因素，给出两组A，B，C，D各区域振动限值数据表（含振动位移和速度均方根限值）。该标准提供的振动评价准则，以及报警值和停机值设定与GB/T 6075.7—2015基本一致。

GB/T 11348.3—2011推荐把报警值设定为比基线值高，高出的数量=区域B/C界限值的25%，如果基线值比较低，报警值可能在区域C以下。在没有建立基线值的场合（如新机器），最初的报警值应根据其他类似机器的经验或己经认可的容许值来设定。在运行一段时间后，建立了稳态的基线值，并相应调整报警值。如果稳态基线值改变（如机器大修后），报警值的设定应作相应修改，对于机器上反应不同动载荷和支撑刚度的不同轴承，可设定不同的报警值。对于所有类似设计的机器，采用的停机值一般都相同，且通常与稳态基线值无关；对于不同设计的机器，可有不同的停机值，且不可能对绝对的停机值给出更准确的指南，通常停机值在区域C或区域D内。该标准给出的A，B，C，D各区域边界轴振限值计算公式，与机器最大转速有关，但对于某些泵，该标准推荐的位移值比实际轴承间隙大。

GB/T 29531—2013提出，在 10 Hz～1 kHz的频段内，速度均方根值相同的振动被认为具有相同的振动烈度，给出了泵的振动测试报告样版。但该标准未涉及报警值和停机值设定内容。

ANSI/API STANDARD 610并按优先工作区和允许工作区，分别提供了悬臂泵和两端支承泵的振动限值表、立式悬吊式泵的振动限值表、高能泵的振动限值示意图。

1.3 振动量值变化评价准则

GB/T 6075.7—2015和GB/T 11348.3—2011均规定，在相同的传感器位置和方向上，在近似相同的工况下测量，即使振动未达到报警值时，若振动量值发生明显增大或减小超过区域B上限的25%时，应认为振动变化是显著的，宜分析查明振动变化原因并制定适宜的措施。SHS 01003—2004要求要重视振动值的变化。在稳定运行条件下，尽管振动值仍在合格范围内，若振动值发生明显变化如其变化量＞B区上限值的25%，无论变大还是变小，都要及时报告并进一步分析原因。

2 输油泵振动完整性评价标准的建立

2.1 工厂试验和现场试运行振动评价

ANSI/API STANDARD 610对输油泵设计、制造过程各环节均有明确的技术规定，以保证输油泵的可靠性，其振动限值也比 GB/T 6075.7—2015 （ISO 10816-3）、GB/T 11348.3—2011（ISO 7919-3）、GB/T 29531—2013 和 SHS 01003—2004 等标准限值要低，因此，若买卖双方约定输油泵设计制造遵循标准为ANSI/API STANDARD 610，则工厂试验和现场试运行振动验收评价标准宜执行ANSI/API STANDARD 610中规定的振动限值；若约定遵循其他标准时，则输油泵工厂试验和现场试运行振动验收评价标准建议可执行GB/T 6075.7—2015（ISO 10816-7）和 GB/T 6075.3—2011（ISO 10816-3），允许工作区内振动应处于振动限值表区域B内。输油泵订货前，买卖双方应就振动验收标准达成一致，并在采购技术协议中予以明确。

2.2 输油泵长期运行振动评价标准建立

2.2.1 基线值法

输油泵机组在稳定工况运行时有代表性的、可重复的正常振动值，一般由该输油泵机组在以前正常运行期间多次测量的统计平均得到振动基线值。然后按GB/T 6075.7—2015标准要求，设置报警值、停机值。应重新统计稳态运行振动数据，调整报警值和停机值。

2.2.2 正态统计法

长输成品油管道输油泵转速一般均在（600～3000）r/min，新泵或泵大修后试运行平稳后，应在尽可能宽的稳态工况范围内，如考虑宽的流量范围、变转速情形、多台输油泵组合运行等，测取振动值（壳振振动速度、轴振相对位移），应尽可能多的测得振动数据，这些数据基本符合正态分布，可根据正态分布的比率建立输油泵长期运行振动评价标准。

（1）计算各测点振动数据均值[1]。=（X1+X2+…+Xn）/n。

（2）计算各测点振动标准差[1]。

式（1）中，Xn是第 n 次振动实测值，n=1，2，3，…，N。为获得一定统计精度，建议测量次数N取30～35，尤其是变频输油泵，应测得不同流量、不同转速下稳态运行振动数据。

按正态分布规律，如图1所示，σ值越小，则输油泵在较宽工况范围内振动越稳定；振动数据出现在[-2σ，+2σ]内概率＞95%，出现在[-3σ，+3σ]内概率＞99%。因此，可取+3σ和GB/T 6075.7区域C上限的1.25倍的低值作为停机值；可取+2σ和GB/T 6075.7区域B上限的1.25倍的低值作为报警值。对于径向轴承为滑动轴承且连续振动监测为轴振的输油泵，轴振和壳振均应＜设定的报警值。输油泵大修或改造后，应重新统计稳态运行振动数据，计算设定报警值和停机值。

2.2.3 振动值变化量监测的相对标准

对于近似工况下，振动值变化超过GB/T 6075.7—2015区域B上限的25%，则需分析查明振动变化原因并制定适宜的措施。现场日常巡检时，可对比分析评价输油泵运行振动状态。

图1 振动数据统计正态分布

2.2.4 定期振动频谱分析

前述标准均限于宽带振动评价，未涉及频率分量和相位，在多数情况下，对于验收测试和运行监测是适当的。而对于输油泵机组长期状态监测和诊断，采用振动矢量信息对于检测和确定泵动态状态的变化是特别有用的，在某些情况下，仅测量宽带振动可能检测不到这些变化。因此，如有条件，有必要对关键输油泵定期（如每季度）采集振动频谱并分析比对，以完整地评估关键输油泵运行状态。

3 结束语

（1）对比分析了国内国外输油泵常用振动评价标准的适用性范围、振动评价准则等内容，对于集成电机（叶轮安装于电机轴上或叶轮轴与电机轴刚性连接）的泵组，GB/T 6075.7—2015适用于整个泵组振动评价，仅适用于挠性连接泵组的泵体振动评价，挠性连接泵组的振动评价可执行GB/T 6075.3—2011。

（2）建立了输油泵工厂试验、现场试运行及长期运行振动评价方法，并提出以振动值变化量监测和定期频谱分析为补充，可实现输油泵机组振动监测完整性评价，使输油泵振动故障症兆能够做到早期发现、及时分析原因制定措施处理，真正实现输油泵状态维修模式。

（3）振动标准的建立是综合振动理论基础以及长期实践经验数据统计的结果，而单台输油泵个体，即使同规格同型号，振动情况也不尽相同，因此，建议标准提供的振动限值仅作为参考，以连续监测振动探头测点和现场人工检测点振动测量数据进行统计，建立适用独立个体输油泵各测点的振动评价标准，可实现输油泵运行状态的准确管控。此外，在选用标准时，要注意标准适用的诊断对象、应用范围及约束条件等，切忌张冠李戴。