石化离心泵设备系统工程振动偏大影响因素的探究

张翼飞，谢小青

（1. 江苏双达泵业股份有限公司，江苏靖江 214537；2. 上海电气凯士比核电泵阀有限公司，上海 201306）

随着石化设备技术标准的不断健全与应用，在泵设备采购过程中对泵振动指标要求越来越高。API 610 和GB/T 29531 已成为泵设备振动验收的通用标准[1-2]，振动值不高于3.0 mm/s 和 4.5 mm/s 已成为基本要求。无论作为泵设备的设计制造企业还是终端用户，如何做到让泵系统振动值达标，一直都是困扰泵设备工程师和制造厂的一大难题。

泵设备在运行过程中的振动状况，一方面，除了与泵本身的设计制造质量有关外，还与客户的使用条件好坏直接相关，只有双方都具备了所需的良好条件，才可能取得好的运行效果。

因为对泵设备振动影响因素多而复杂，涉及到泵本身设计、制造、使用及维护等多方面，作为泵设备的设计制造企业，泵设计工程师们往往不知道客户的详细安装使用情况，而泵设备使用单位对泵自身的技术细节也往往缺乏深入了解，因此经常产生因对对方要求条件缺乏了解而导致的泵系统振动值偏大问题。如果供需双方能够对影响泵设备及系统振动因素的认知相通，无疑对所选用泵设备的安全使用是一件十分有益的工作。

根据查阅大量文献资料可知[3-10]，目前对泵及系统振动影响因素的研究多是以对某一具体要素对泵设备振动影响的研究为主，泵行业还缺少系统、全面地对影响泵及整个系统振动值偏大所有因素的梳理汇总，更不便于遇到问题时技术人员的查阅参考。为此，本文尽可能详尽地对已知可能导致泵设备振动值偏大的各类影响因素进行了梳理汇总，藉此方便泵制造厂或终端用户需要时参考。

文中泵设备系统的工程振动是指泵设备在客户现场运行过程中发生的各类振动值偏大问题，相比制造厂出厂试验过程中遇到的泵振动问题，影响因素更加复杂。

1 诱发泵设备振动值偏大的主要因素

根据各类参考文献及作者本人数十年在石化泵制造企业所积累的实际工作经验，本文从泵系统方面和泵设备本身两个方面总结出可能引发石化离心泵及系统振动值偏大的主要原因有数十项之多，详见表1 ～2。

表1 可能引发泵振动值偏大的原因：泵系统因素方面Table 1 Potential causes induced pump excessive vibration pump and system aspect

为便于分类表述，做下列两个定义。

泵头：指裸泵头，不包含与泵相连接诸如驱动电机、耦合器、齿轮箱、离合器、连接管路、阀门、过滤器、联轴器、设备底座等配套设备。

泵系统：指与泵头连接的各类相关设备总和，包括泵头及驱动链上所有驱动机、联轴节、齿轮箱、底座及管路、管路上的阀门、过滤器、弯头、管路支承等设备。

2 泵系统振动问题的研究进展

对于泵及系统振动问题，有些尚可通过一些“小修小改”使振动值减小，但也有一些振动问题，一旦发生，很难通过“小修小改”使振动降低；根据笔者的经验，在引发泵振动偏大的诸多原因中，水力激振（Hydraulic Excitation）是最难于解决的问题，由于其本质是液流对泵过流部件的水力冲击而导致的振动，如果该振动的频率与泵设备的某一类频率（机械、电磁）接近或倍数关系，就会诱发泵振动过大。一旦发生，解决的方法往往是更换泵头或者改变泵系统，非常复杂麻烦。

虽然在API 610 标准中，提出了对石化泵的振动分析包括横向振动分析（Lateral Vibration Analysis）和扭转振动分析（Torsional Vibration Analysis）两种方式。横向振动分析和扭转振动分析都是成熟的分析方法，这种方法的实质是通过预测泵转子或整个泵系统转子链（包括驱动机、泵设备、齿轮箱、联轴节、离合器等）在典型工况条件下固有频率（Natural Frequency）的方式，以期使泵的实际工作转速避开危险区间的分析方法。

尽管在泵设计过程中，会通过精心设计流道形状、合理选择叶片或导叶数量等方法避免发生过大水力激振，但由于理论与实际的偏差，叶轮切割、制造精度、偏离最优设计点等都会导致水力冲击，另外，管路上的阀门、弯头、过滤器等也会改变泵流动状态，这种振动无法通过提高叶轮动平衡精度、加强支承、增加刚度等措施有效消除。

表2 可能引发泵系统振动偏大的原因：泵本身因素方面Table 2 Potential causes induced pump excessive vibration from bare pump head aspect

图1 泵进、出口管路弯头阀门不当配置Fig.1 A typical Improper fitted valves and dead-end pipes both in suction and discharge branches for the double entry pump

图2 泵出口管路不当配置[2]Fig.2 An improper pipeline layout in discharge branch of the pump

图3 正确的双吸泵进口管路要求 [3]Fig.3 The suction pipe requirement for double entry pumps

水力激振的表现会集中反应到在泵体、泵盖等过流部件外表面的振动上，而泵体或泵盖的振动会带动相连接的轴承架上的测量取振点振动变大，因此可能诱发“误诊”。

图4 双吸泵入口配置阀门要求 [3]Fig.4 Effect of a badly fitted valve in the pump suction line

图5 双吸泵正确的管路配置方式Fig.5 Correct Suction and discharge pipelines layout for double entry pumps

图6 双吸泵叶轮进口非对称流动引发漩涡[4]Fig.6 Asymmetric approach flow to double entry pump impeller and vortex generation

图7 闭式离心叶轮后盖板与泵体衬板间隙过小Fig.7 Too small clearance between impeller rear disc and pump cover surface

表3 是笔者总结归纳出的可能诱发水力激振过大的影响因素。

表3 可能引发过大水力激振的影响因素Table 3 Potential causes induced pump excessive vibration stems from hydraulic excitation

3 结束语

（1）无论是泵设备的设计制造企业，还是负责泵设备工程应用的工程公司，以及泵设备的最终用户都应尽量充分了解可能导致泵在运行过程中发生振动偏大的影响因素，做到提前统筹预防，避免振动偏大导致故障发生。

（2）在所有导致泵振动偏大的因素中，流固耦合引发的水力激振是最难以解决的问题，因此更应避免。

（3）虽然振动频谱仪之类振动分析设备可以检测出泵设备的振动频谱分布，但仍需要有经验的工程师或设备管理人员给出正确的诊断分析，在工程实际中，振动分析仪所给出的标准式“诊断结论”只能用于参考。