长输管道360GKSN160输油泵振动检测与分析

陈佳琪

（中国石化销售有限公司华南分公司，广东广州 511400）

0 引言

输油泵作为油品输送过程中的动力设备，应用在华南长输成品油管道中的每个输油站场。公司每年开展主输油泵大修和保养等工作，但随着主输油泵使用年限的增加，使用过程中会出现各种问题，振动是泵机组最常见的故障之一[1]，输油泵振动会给生产带来影响且有安全隐患[2]，降低输油效率[3]。因此，需要对输油泵振动问题进行分析和研究。

1 设计参数及结构

国产300GKSN160型主输油泵进口口径300 mm，水平中开式，双吸叶轮，单级设计扬程160 m，泵转向为顺时针方向，剖面如图1所示。

图1 主输油泵结构

2 测点分布

泵机组共有9个测点，1#测点位于电机基座（图2a），2#测点位于电机基座（图2b），3#测点位于泵体基座（图2c），4#测点位于泵体基座（图3a），5#测点位于轴承座非驱动端（图3b），6#测点位于出口法兰位置（图3c），7#测点位于入口法兰位置（图4a），8#测点位于出口管道（图4b），9#测点位于轴承座驱动端（图4c）。

3 测试工况

测试的采样频率均为2.048×103Hz，分为3组工况：

（1）停机状态。各测点的振动情况能够反映整个管道和当前设备的运行情况，作为参照组。

图2 1#，2#，3#测点位置

图3 4#，5#，6#测点位置

图4 7#，8#，9#测点位置

（2）敲击状态。依次竖直敲击1#～9#测点，得到振动曲线，并通过频域分析，获得1#～9#测点的固有频率。

（3）运行状态。入口流量分别为470 m3/h，520 m3/h和660 m3/h等3组运行工况，采样时间均为20 s，分别得到3种工况下的振动时域信息，并对所有测点位置的振动时域信息进行分析，得到相应的幅值谱。

在实验的全过程中，该泵邻近的一台泵一直处于运行状态，会对该泵的测试结果产生影响，尤其是对停机状态和敲击状态测试。

3.1 停机状态测试结果

选取电机基座1#测点、出口管道8#测点和轴承座驱动端9#测点作为主要研究对象。将采集到的振动信号进行频域分析得到相应的幅值谱（图5）。其中，1#测点幅值谱关键点为（299.5，0.001 716）、（599，0.000 5282），8#幅值谱关键点为（299.5，0.1419），9#幅值谱关键点为（299.5，0.056 01）、（599，0.031 61）。每个关键点均取299.5 Hz和599 Hz两个频率，299.5 Hz是该泵的叶频，599 Hz是叶频的2倍频。

可以看出，在此工况下，该泵的振动主要是由与临近泵的联运产生的。从整体分析，在299.5 Hz时，1#测点和9#测点的振动幅值都小于0.1 g，相对较小，8#测点振动幅值0.1419 g，明显大于其余两处，一方面可能是由于管道空心、刚度较小引起的振动；另一方面则可能是支撑不合理，导致出口管道处的振动偏大，但第二种可能性需要通过运行状态测试结果进行验证。

图5 1#，8#，9#测点幅值谱

3.2 敲击状态测试结果

若输油泵的轴频、叶频振动或者泵体内流质激振频率在设备的固有频率（一阶、二阶固有频率）附近，运行过程中就会引发设备共振，导致振动超限。

由于该泵邻近的一台泵一直处于运行状态，会对该组测试结果产生较大影响，故通过与停机状态试结果比照，在结果中去除邻近泵的影响。

通过依次竖直敲击1#～8#测点位置和结果分析，得到各测点的固有频率（表1）。

3.3 运行状态测试结果

进行470 m3/h，520 m3/h和660 m3/h等3组流量工况下的测试，采样时间均为20 s。该泵的额定转速2980 r/min（49.67 Hz），6片叶轮，即轴频约为50 Hz，叶频约为300 Hz。

（1）在 470 m3/h 工况，观察 1#～9#测点幅值谱，发现 1#～7#测点和 9#测点的关键频率大多是 300 Hz，600 Hz，900 Hz，1200 Hz，1500 Hz，1800 Hz等叶频以及叶频的多倍频，并且对应的幅值都＜1 g，说明这些位置的振动不是特别剧烈；8#测点在1496 Hz时的振动幅值为1.188 g，在振动要求范围内，不属于振动超高。

（2）在 520 m3/h 工况，观察 1#～9#测点幅值谱，发现 1#～7#测点和 9#测点的关键频率依然是 300 Hz，600 Hz，900 Hz，1200 Hz，1500 Hz，1800 Hz等叶频以及叶频的多倍频，并且对应的幅值都＜1g，说明这些位置的振动不是特别剧烈；8#测点在1496 Hz时的振动幅值下降至0.9573 g，较470 m3/h时下降了0.2307 g。

表1 固有频率测试结果

（3）在 660 m3/h 工况，观察 1#～9#测点幅值谱，发现 1#～7#测点和9#测点的振动频率分布情况大体保持不变，而出口管道处8#测点振动情况进一步缓解，与其余8个测点振动水平基本一致，说明从520 m3/h加大到660 m3/h后，随着流量的增加，流量值更加接近设计工况，振动减小。

4 结论与建议

通过对3组测试结果的处理和分析，发现输油泵振动的主要频率是该泵的叶频以及叶频的多倍频。

（1）停机状态测试结果表明邻近泵的运行对测试泵的测试结果产生影响，测试泵背景噪声的主要频率成分是邻近泵运行产生的叶频（300 Hz），并且由于2台泵距离很近，振动幅值较大，对测试泵振动的测量有较明显的影响。

（2）敲击状态测试结果表明通过对8个测点进行敲击实验，基本可测出其固有频率，其中，1#～4#测点和6#，7#测点的敲击固有频率与泵的轴频、叶频并无明显重合迹象，5#和8#测点的敲击固有频率中存在300 Hz成分，但通过进一步分析，确定此频率成分来源于邻近泵的振动。通过以上分析，可基本排除轴频、叶频引发设备共振的可能性。

（3）运行状态测试9个测点的振动数据显示，振动的主要频率成分是 100 Hz，300 Hz，600 Hz，900 Hz，1200 Hz，1500 Hz，1800 Hz等叶频以及叶频多倍频，其中1#～7#测点、9#测点主要振动频率的幅值均＜1 g，在正常范围内。8#测点主要振动频率成分是1498 Hz，即叶频的 5倍频，其对应幅值在（0.3～1）g范围内，随着3组工况流量的增大，振动幅值越来越小，说明出口管道处振动状态在正常范围内。

由于振动主要频率成分多出了100 Hz的频率成分，考虑是转子问题导致，如转子角度不对中、平行不对中、复合不对中、转子刚度不对称等问题。鉴于此种情况，建议现场使用该型泵时，为避免振动问题的产生，从安装到使用过程中，要注意转子的安装和维护。