屏蔽泵的振动原因分析及解决对策*

李伟明，李 宁，段志宏，关诗明

（广东石油化工学院广东省石化装备故障诊断重点实验室，广东茂名 525000）

0 引言

屏蔽泵把泵和电动机都封闭在壳体内，无传统的密封装置，从而实现无泄漏输送流体［1］，所以屏蔽泵常用于核电站与石油化工企业进行放射性、有毒有害液体的输送。同时，屏蔽泵输送的介质亦作为泵的冷却剂及润滑剂，大大节省了冷却及润滑的费用［2-4］，这使得屏蔽泵的应用越来越广泛。然而，由于屏蔽泵运行工况的苛刻性，难免会发生故障，许多企业为了省事，当泵出现故障时，都是直接更换或简单处理便恢复生产［5］。

屏蔽泵的故障多表现为振动，而动平衡则是引起振动的主要原因。转子动平衡的研究已经超过百年，基础理论已经相当成熟，动平衡机就是理论转为工程应用的成果转换。然而，现在的工程应用大多只是简单地进行转子校正，并没有对转子产生不平衡的原因进行相应分析，以致于屏蔽泵的故障不定时发生。倘若要避免安全事故的发生，对这些故障进行深入地研究就显得很有必要，并据此做好一些应对工作［6］。

1 屏蔽泵常见故障类型

屏蔽泵主要由泵体、转子、定子、叶轮、石墨轴承、推力盘及屏蔽套等组成，按工作原理是属于离心泵的一种，只是把动密封改成静密封，利用屏蔽套隔开了转子与定子［7］。由于屏蔽泵长期在高温、高压、腐蚀环境下工作，常会出现以下几种故障。

（1）轴承长期工作中的磨损，或机械杂质进入屏蔽泵引起磨损，导致泵不能正常运行。

（2）输送介质流量过低时，屏蔽泵运行产生的热量未能及时被循环液带走，导致轴承表面温度上升，使轴承抱死。

（3）叶轮被输送介质腐蚀，引起转子不平衡而导致泵不能正常运行。

从相关资料来看，转子与定子间的屏蔽套刮磨、口环刮磨、汽蚀、地脚螺栓松动等故障都出现过［8-9］。

2 案例分析

某石化厂苯乙烯车间采用上海日机装牌SGM系列屏蔽泵输送苯乙烯，自2007 年12 月开始投用至今，其性能参数如表1所示。

表1 SGM系列屏蔽泵性能参数

2.1 现场概况

2019年11 月初，巡检人员在例行巡检过程中发现GA-205屏蔽泵声音异常，且压力表压力波动较大，随即使用便携式测振仪进行检测，发现在垂直方向振动值达5.9 mm/s，最大振动值测点如图1 所示。经班组技术人员商讨决定采取保护措施，紧急切换备用泵。

图1 最大振动值测

图2 转子外观图

对GA-205泵进行拆解检查，如图2 所示，发现叶轮处有轻微的不均匀损伤。为防止转子因不平衡振动引起事故，现场技术员将该转子送至实验室进行平衡校正。

2.2 转子校正过程

转子的校正分为离线平衡校正和在线平衡校正，因现场动平衡校正需要动火作业，危险程度较高，若非特殊情况，一般都是将转子拆卸下来送至实验室进行离线动平衡校正。在平衡校正过程中，主要通过对转子进行加重或去重来解决不平衡问题。一般来说，对于有两个平衡面的转子采用动平衡校正，而只有一个平衡面的则采用静平衡校正。

（1）静平衡校正

针对屏蔽泵转子与电机直接连接，没有对轮的情况，而叶轮两面距离也较小，据此，首先考虑对转子进行静平衡校正。经测量，转子总长为442 mm，质量为12 kg，最大直径为204 mm。上机测定（本测试均采用德国申克公司卧式动平衡机HN4BU）得到初始不平衡值为13.2 g，如图3 所示。因叶轮直径较小，且叶片厚度较薄，为不影响叶轮的工作强度，去重时采用两叶片宽角度同时去重，校正后的不平衡值为0.638 mg，如图4所示。

图3 转子初始不平衡量

图4 转子校正后不平衡量

回厂安装试运行，发现振动、噪声和压力波动并无明显改善，仍需对该泵的振动原因进一步作分析探讨。

（2）现场动平衡测试

为了解决泵的故障问题，在现场对泵进行振动测试。由图5所示的图谱可知，振动最大值仍然有5.149 mm/s，1 倍频比较突出，2倍频、3倍频相对较小，由此可以确定转子主要是由于转子的质量不平衡引起，因此再把转子拆卸下来，进行动平衡校正。

图5 静平衡校正后的现场频谱图

（3）动平衡校正

虽然转子组件的直径相对叶轮较小，但其内含轴、线圈等转子组件的质量占整个转子质量份量较大，如果不考虑转子组件而单独进行叶轮静平衡校正，对消除转子振动并不能取得较好的效果。因此，必须对转子进行动平衡校正。

因转子组件直径过小，如果进行去重，极有可能损伤内部线圈。因此，本次动平衡校正采用加重的方式进行，如图6所示。

图6 动平衡校正面的确定

经上机测定，转子组件处应加重15.1 g，叶轮处应加重11.1 g，平衡等级已经大于G6.3，不符合安全生产标准。

在焊接之前，在转子组件与叶轮处用胶水贴紧配重件进行试配重，以防焊后不可复原。当试配重发现转子运行平稳，且不平衡量等级低于G2.5 后，即可进行焊接，如图7所示。焊好后再上机测定，转子组件不平衡量为0.308 g，叶轮处不平衡量为1.56 g，已经达到安全生产标准，可回厂安装运行。

图7 动平衡校正情况

回装后试运行，泵运行正常，振动值为2.0 mm/s，现场噪声明显变小，压力也恢复在正常波动范围。

后经与现场技术员沟通，对屏蔽泵入口滤网进行检查，发现滤网存在破损的情况，对滤网进行更换处理后，屏蔽泵再投入运行。

2.3 结论与分析

对SGM系列屏蔽泵本次故障综合分析，可分为叶轮损伤的原因分析与转子不平衡引起振动问题的解决分析，并据此提出了以下解决措施。

（1）针对叶轮产生损伤的原因分析。因为屏蔽泵全密闭运行，外部杂质是无法进入泵体的，因此，叶轮的刮伤可能是输送介质带来的杂质摩擦产生，或轴承磨损磨粒对叶轮造成损伤。输送介质带来的杂质能进入泵体，应是泵入口处的过滤网破损引起；而轴承磨损应是润滑不良引起，润滑不良则说明流量不足，极有可能是因为滤网堵塞。为了防止叶轮再次受到损坏，应定期对滤网进行检查，发现问题应当及时更换或清洗。

（2）针对转子不平衡引起振动问题的解决分析。当屏蔽泵的运行噪声增大、泵体振动异常、出口压力波动大等，可以先在现场进行频谱测试，确认是否由于转子不平衡引起。对于转子不平衡引起的振动，当转子组件的质量占整个转子质量比重较大时，则不能因其直径较小而忽略，应与叶轮一起作为平衡面进行平衡校正。

3 结束语

通过本次对屏蔽泵的故障处理，发现泵的压力、振动及声音等能及时反映屏蔽泵的早期故障，在生产现场应按时巡检，若发现压力、振动及声音有异常，可通过频谱仪进一步测试，确定具体的故障原因。在处理故障后，也应对故障的根本原因进行分析，并提出相应的解决措施及维护建议，这将有助于企业安全、平稳地生产，降低企业的运行成本。