离心泵振动超标原因分析及措施

2020-11-10石奇峰

中国设备工程 2020年21期

石奇峰

（中国石油辽阳石化公司尼龙厂，辽宁辽阳 111003）

1 概述

辽阳石化公司尼龙厂醇酮车间新醇酮装置低压骤冷泵P2401B由吉林省宇琦泵业有限公司制造，该泵为单级悬臂式离心泵，型号80PHP315，机械密封形式为单端波纹管机械密封，型号DBM50B-1，介质为洗涤油，工作温度25℃，入口压力常压，出口压力0.9MPa，流量为116m³/h，扬程86m，由电机驱动，电机型号YB250M-2W，功率55kW，转速2970r/min。该泵轴承箱驱动端为一对7308轴承背靠背安装，主要承受轴向作用力，非驱动端为1套NU308轴承，主要承受径向作用力。机泵振动监测简图参见图1，监测点1～6位置分别为电机垂直，电机水平，轴承箱驱动端垂直，轴承箱驱动端水平，轴承箱非驱动端垂直，轴承箱非驱动端水平。

图1 离心泵振动监测简图

2 离心泵振动超标现象描述

2019年11月20日，P2401B泵启动运行时噪音较大，观察泵出口压力为0.9MPa，工艺流量满足生产需求。使用测振仪对机泵各轴承振值进行测量，测量数据参数见表1，由表1可以发现，电机振动情况正常，而机泵轴承箱水平和垂直振值都超标，超过公司要求4.5mm/s。轴承箱水平两测点振值不稳定，在某个区间波动，轴承箱垂直两测点相对水平振值更高，振值相对稳定。机泵振动超标是造成密封泄漏、轴承、轴等部件损坏的重要原因，极易导致机泵故障停机。因此，及时找出振动原因，采取应对措施，对机泵平稳运行具有重要意义。

表1 机泵振动数值

3 振动超标原因分析

为探求P2401B泵的振动原因，分别对泵的轴承状态、联轴器对中、转子动平衡，地脚螺栓松紧度、出入口管线应力五个方面进行了分析。

3.1 轴承状态

P2401B泵轴承箱驱动端为一对角接触轴承，型号7308，非驱动端为一套圆柱滚子轴承，型号NU308。为了探明机泵轴承状态，使用型号为LQ102轴承状态检测仪对泵轴承进行诊断，根据滚动轴承检测理论，滚动轴承的故障频率集中在高频范围，LQ方法是测量600Hz～10kHz频带的振动并将所有由机械故障如不平衡和不对中引起的振动过滤，机泵功率、转速和轴承尺寸对LQ值几乎没有影响，所以LQ法能够精确地判断轴承状态，当LQ值＜1时，轴承状态良好；当1＜LQ值＜2时，需要加注润滑油改善润滑状态；当LQ值＞2时，轴承状态较差，需要更换轴承。而检测结果显示，驱动端轴承LQ值为2.3，非驱动端轴承LQ值为2.1，轴承LQ值均＞2，说明轴承箱两侧轴承状态差。对机泵轴承箱进行解体检查，发现角接触轴承轻度磨损，径向轴承保持架损坏。轴承磨损造成轴承内外圈间隙增大，转子部件发生偏心运行，从而导致机泵振动值增大。

3.2 联轴器对中

P2401B泵采用双膜片联轴器，双膜片联轴器是一种高性能的金属弹性元件挠性联轴器，具有结构紧凑、强度高、寿命长、补偿能力强等优点。使用激光找正仪对机泵对中情况进行检测，检查结果为垂直方向：平行偏差0.5mm，角度偏差0.1mm/100mm；水平方向：平行偏差0.4mm，角度偏差0.25mm/100mm。按照检修规范要求，平行偏差0.05mm以内，角度偏差0.05mm/100mm以内，检测结果表明，机泵联轴器对中超出正常范围。联轴器对中不良将产生附加弯矩，给轴承增加附加载荷，致使轴承间的负荷重新分配，形成附加激励，引起机泵强烈振动，严重时导致轴承和联轴器损坏，地脚螺栓断裂或扭弯、油膜失稳、转轴弯曲、转子与定子间产生磨碰等严重后果。因此，要及时处理不对中故障确保机泵正常运行。

3.3 转子动平衡

使用型号CSI2140频谱分析仪对机泵运行状态进行分析，在频谱图中，谐波能量集中于工频和二倍频，并且会出现较小的高次谐波，二倍频表示转子不对中，而工频则是典型不平衡症状，说明机泵转子不平衡。用百分表测量轴头径向跳动值，最大处为0.015mm，根据规范，轴径40mm跳动值0.05mm以内为合格，说明轴没有弯曲。检查叶轮，没有发现腐蚀、开裂，磨损等异常情况。结合频谱分析及机泵振动特点，确定不平衡位置集中在联轴器附近，对联轴器进行检查，发现联轴器连接螺栓磨损严重，且螺栓上弹簧垫安装不对称，判断由于螺栓磨损及弹簧垫安装不对称造成转子不平衡。机泵在运转过程中，由于不平衡导致转子形成周期性离心力，在轴承上产生动载荷，从而引起机泵振动值增大。

3.4 地脚螺栓松紧度

由机泵振动数值可以看出，机泵垂直方向振值比水平振值高，初步判断地脚螺栓可能出现松动现象。对电机、轴承箱支架、泵体地脚螺栓松紧度进行检查，结果发现轴承箱支撑架螺栓松动，轴承箱支架位于轴承箱驱动端下方，对驱动端轴承影响最明显，对非驱动端轴承影响相对减小，所以驱动端垂直振值高于非驱动端。因此，判断轴承箱支撑架螺栓松动是导致轴承垂直方向振值增大的重要原因。

3.5 出入口管线应力

检查机泵出入口管线支撑，此时，正值冬季，北方寒冷的天气造成基础沉降不均，管线支撑已经脱离地面，将机泵出入口法兰口断开，在自由状态下，入口法兰偏口10mm，出口法兰偏口20mm，说明出入口管线对机泵存在应力，应力作用会影响机泵整体受力情况，影响轴承、机械密封受力，加速轴承以及机械密封的损坏，造成机泵振动增大。

4 采取措施

4.1 更换轴承

对机泵进行解体，更换7308轴承2套，NU308轴承1套，采用热装法装配轴承，检查轴承座与轴承配合间隙符合要求，调整轴承压盖与轴承端面间隙，控制在0.02～0.06mm，确保检修符合规范。

4.2 调整联轴器对中

使用激光找正仪对机泵联轴器对中进行调整，调整后垂直方向：平行偏差0.01mm，角度偏差0.01mm/100mm；水平方向：平行偏差0.02mm，角度偏差0.01mm/100mm，符合规范要求，彻底消除对中不良对机泵运行的影响。

4.3 消除转子不平衡

将联轴器螺栓全部更换，螺栓弹簧垫对称布置，并使用型号CSI2140频谱分析仪对机泵进行在线动平衡实验，根据频谱图确定不平衡位置及不平衡量，最终在联轴器螺栓上加配重3.2g调整垫片，消除转子不平衡。

4.4 紧固地脚螺栓

在轴承箱支撑架螺栓上增加防松垫片后进行紧固，并定期对地脚螺栓松紧度进行检查，强化员工巡检质量，增加机泵振值监测频次。防止机泵运行过程中由于螺栓松动造成机泵振值增加。

4.5 消除管线应力

通过在出入口管线支撑增减垫铁的方式，调整管线支撑，消除出入口管线对机泵的应力。计划在停车检修时，在出入口管线支撑上增加可调节弹簧支架，消除基础沉降不均对出入口管线的影响，避免产生管线应力。通过以上五项措施，启动机泵后轴承箱振值大幅下降，均在4.5mm/s以下，运转24小时，测量各轴承振动数值均正常，机泵振动超标治理成功。表2为采取措施后各轴承振值数据，可以看出，采取措施后，机泵各轴承振值均有所下降，达到良好的运行状态。