离心泵振动原因分析和解决方案2018-06-15

离心泵振动原因分析和解决方案

         离心泵振动原因分析和解决方案？摘要：分析了离心泵的振动原因，如汽蚀余量不够、操作流量过低、轻组分分离不彻底、泵人口管道阻塞、泵的流道设计不合理、泵叶轮设计不合理、泵轴不对称、泵体固定不好等。提出了整改方案，如抬高入口测液面高度、减少入口管线和管件的当量长度，增加最小回流线、稳定操作、清理管道内异物、改善泵内结构设计、泵体加固等。

离心泵是炼油化工企业中经常用到的动设备，能否正常运行，直接关系到整个装置的安稳长满优运转。由于泵的振动，每年检修都要投入大量的人力物力。既耗时耗力，又存在很大的安全隐患。本文对泵振动现象、原因和解决方案进行探讨。

一、工艺参数

1.汽蚀余量

（1）典型现象

泵内有噼噼啪啪的声音。泵体尤其是进口处振动大。严重时，流量和出口压力波动大，流动不连续，出口管线振动并可能伴有水锤的声音，最后会使出口压力表指示为零，出13流量计指示为零。泵内叶轮有坑坑洼洼的痕迹，甚至转子有磨损。对于流体为饱和态液体的泵，在液体为过冷态试运时可能没有该现象，一旦介质温度达到饱和温度，则振动和噪音明显。

（2）原因分析

系统的有效汽蚀余量不足，造成泵人口压力低于介质的饱和蒸气压，介质汽化，同时还有溶解在液体里的气体逸出，形成大量气泡。气泡在叶轮的外侧高压处迅速萎缩、凝结，形成真空区，气泡周围的液体迅速冲人，形成强大的局部高频高压水击，造成压力波动，并伴有撞击的声音。气泡凝结时产生局部高温，金属表面因疲劳而产生剥蚀。情况严重时，大量气体聚集在叶轮周围，阻塞流道，使泵内液体流动的连续性遭到破坏，最后液流中断，造成泵抽空，产生汽蚀现象¨。由于流量的断断续续，造成了泵的强烈振动，转子和泵体产生摩擦，最终损坏，无法运行。

（3）解决方案

(1)增加系统的有效汽蚀余量如果是饱和态液体，通过提高泵入口液面高度；减少人口管件，如弯头，阀门等；缩短管线长度；异径三通改为同径三通；改进流体流道；均可有效提高装置的有效汽蚀余量。将饱和态液体冷却成过冷态，也很有效。但该方案在需要热进料时，会增加能耗。如果是过冷态液体，除了使用同饱和态液体一样的方法外，还可以通过提高人口侧容器的压力来增加装置的有效汽蚀余量。

(2)降低泵的必须汽蚀余量泵的必须汽蚀余量是泵体本身固有的性能。只有通过改变泵的内部结构才能实现。如在泵的吸人口加诱导轮等。泵的内漏、高温高压的介质由出口回流到泵的入口处，也可以引起汽蚀。如果是由泵的内漏引起的汽蚀，可通过减小口环间隙来解决。另外，在允许降低扬程的情况下，给泵的电机增设变频调速器，降低电机转速，可以减小叶轮入口处液流的相对速度，从而降低泵的必须汽蚀余量。该方案不仅可以降低泵的必须汽蚀余量，还可以节能降耗。

2.介质流量

（1）典型现象

泵在设计流量下运行时，振动不超标，随着流量的大幅降低或提高，泵的两端轴承及出口管线振动强烈。泵体内会发出往复机似的噪音。流量正常时，振动和噪音也恢复正常。

泵体，尤其是内侧轴承座水平方向的振动明显大于垂直和轴向振动的增大值。长时间运行，泵内叶轮、平衡盘、级间衬套、中段等会磨损。对单级双吸泵，轴向的高频振动使轴承损坏、叶轮口环成对称偏磨，泵体口环偏磨，严重时将导致轴承断裂。

（2）离心泵振动原因分析

任何一台离心泵都有一个最佳工作范围，体现在泵的性能曲线上。

离心泵的振动随流量而变化，通常在最佳效率点流量附近其值最小，并且随着流量的增大或减小而增加。从最佳效率点流量起，振动随流量的变化取决于泵的能量密度、比转速及汽蚀比转速。通常，振动的变化量随能量密度、比转速及汽蚀比转速的增加而增加。

离心泵除了有在性能曲线上标注的最小连续流量外，还有一个最小连续热流量。泵在小流量条件下运行时，部分液体的能量转变为热能，使进口处液体的温度升高，当液体温度使有效汽蚀余量等于或小于泵必须汽蚀余量时，就会产生汽蚀现象。

在正常流量下，泵本身的自动平衡盘能很好平衡转子轴向力。但流量过低时，由于轴向力的增大，自动平衡盘就不能将转子的轴向力平衡掉，使转子受到一个指向叶轮人口方向的轴向作用力，造成转子向前窜动，转子、平衡盘等部件严重磨损。轴向介质的人口冲角与转子叶片的安装角偏差较大，也会产生冲击，引起强振。

对单级双吸泵，当实际流量小于设计流量时，泵体内蜗壳的流道截面积显得过大，使流体流动速度减小，叶轮出口的绝对速度增加，且方向发生改变。这样，蜗壳内的液体与叶轮出口的液体相遇时，因速度大小和方向不同而产生撞击，使得蜗壳内液体压力不断增高，从而破坏了蜗壳内液体流动压力的轴对称性。此外，由于蜗壳内压力分布不均匀，壳内流体对流出叶轮的流体所起的阻碍作用也不同，使得沿叶轮四周的液体给叶轮的力和方向也不同，引起偏振。

（3）解决方案

泵的运行应处于优先工作区。此工作区位于所提供叶轮的最佳效率点流量的70％一120％区间内。额定流量点应当位于所提供叶轮最佳效率点流量的80％～110％区间内。

如果无法避免小流量操作工况，可从泵出口引一条最小回流线，到泵人口的容器内。如果是饱和态液体，应注意返回线不可直接接到泵的人口处，以免过热的出口介质加热入口介质，引起汽蚀。但回流的介质使泵做了无用功，增加了装置能耗。

也可以在保持蜗壳不变的情况下，通过改变叶轮参数来改变泵的输出流量。通过对叶轮的进出口角度进行修改，可减小作用在叶轮上的径向力，减小振动。

3.介质组成

（1）典型现象

在开工初期，尤其是有加热炉加热的塔底泵，介质为饱和态液体，调试时，泵内有噼噼啪啪的声音，泵体振幅大，犹如汽蚀现象发生。随着操作参数调整到位，该现象会逐渐消失。

（2）原因分析

开工初期，操作条件不稳定，塔釜介质中包含有部分轻于设计值的轻组分。在开工过程中由于加热炉升温速度过快，使介质出现了过加热现象。这些热量在塔釜内没有充分释放，随流体进入泵内，在泵腔的低压处使轻组分汽化，形成汽蚀现象。

（3）解决方案

调整参数时，重沸炉的升温速度应缓慢，泵的流量应控制在低负荷下操作。待塔釜中的介质组成接近设计值时，再逐渐加大泵负荷到正常操作点。

4.液体停留时间

（1）典型现象

容器内压力和液位都很稳定，但泵内有噼噼啪啪的声音，泵体振幅大。随着流量的增大，泵人口压力有下降趋势，直到泵发生汽蚀现象。该现象多发生在泵人口容器有气液两相物流进入时。

（2）原因分析

气液两相流进入容器时，都需要一个分离时间，才能使气体从液体中彻底分离出来。液体的停留时间，通常大于1rain。如果液面比较低，当炼油技术与工程2009年第39卷物流直接对准出口破沫器冲下，会形成物流短路，造成局部物流的停留时间缩短。（欢迎关注微信公众号：泵友圈）如果停留时间不够，则气泡来不及从液体中逃逸，会随液体一起进入泵腔。随着流速的增加，裹夹的气泡量增加，管路系统压力降增加。当泵人口压力低到饱和蒸气压时，会发生汽蚀现象。

当容器内液位高于两相流体的人口管时，冲人的流体对容器内液体起了搅拌混合作用，形成泡沫，造成假液位，通常看到玻璃板液位计的液面很稳定，但实际上泡沫层已经很高。这种现象多发生在易起泡的体系。

（3）解决方案

提高容器的液面高度，增加停留时间，通常是有效的解决方案。在两相流人口增加导流器，可以提高气液分离的效率，减少气泡夹带，同时避免流体直接对容器出口破沫器冲击，也可以避免该现象的发生。操作时应避免容器内液位超过两相流人口管的下部。

二、施工问题

1.管路

（1）典型现象

在系统有效汽蚀余量足够时，泵入口压力异常。管路压力降比理论计算值高得多，泵有汽蚀现象。

（2）原因分析

人口容器的破沫器、过滤器、管道等被异物阻塞，阀门未全开，均可以使管路压力降增大。介质到泵人口处的压力已经小于或等于介质的饱和蒸气压，造成介质汽化，发生汽蚀现象。

（3）解决方案

检查容器底部破沫器和管线，清除异物；打开过滤器，清除堆积物或更换滤网；阀门全开。

2.基础与管线

（1）典型现象

通常在试车时就表现泵体振动大，尤其是垂直方向振动大，进出口管线振动剧烈。

（2）原因分析

作为转动设备，离心泵本身会有一定的振动，如果管线和泵体没有固定好，这些微振会通过流体的流动由泵传递给管线，在管路系统刚度不够的情况下，会发生一种结构共振。如泵的基础重量太轻或固定不牢固，当泵本身的振动和基础的振动频率一致时，也可引起共振，形成剧烈的振动。

（3）解决方案

应检查泵的基础是否太轻、柔性是否太大，对地脚螺栓、管线固定处进行检查、加固。如果泵的动平衡有问题，则是泵内结构性问题，则应进行改造或换泵。

3.转子与壳体的同心度

（1）典型现象

通常在试车时就表现出泵振动大，泵的水平振动明显大于垂直和轴向振动，且呈周期性波动。泵和管线的振动均以工频为主，且存在较小的低次谐波成分。振值增大主要表现为工频振幅值的增大。

（2）原因分析

泵的壳体受外力作用及其他因素的影响发生变形，造成转子与壳体不同心。

（3）解决方案

检查泵的入口法兰与管线的对中性。调整管线设计，减少壳体受力。维修壳体使其与转子对中。

三、离心泵结构问题

离心泵型式多样，结构复杂，可能引起振动的因素有很多。这里仅就几个典型现象进行分析。

1.转子平衡性

（1）典型现象

泵前后测点水平方向的振值明显大于垂直方向和轴向的振值。振动频谱显示，各测点均以转子工频占绝对优势，同时存在很小的高次谐波和通过频率。

（2）原因分析

泵转子不平衡的影响因素，包括转子系统的质量偏心及转子部件的缺损。转子质量偏心是由于转子的制造误差、装配误差、材质不均匀等原因造成的，此为初始不平衡。初始不平衡主要来源于设计、制造和安装等环节；转子部件缺损是指转子在运行中，由于腐蚀、磨损、介质结垢及转子受疲劳力的作用，使转子的零部件局部损坏、脱落等造成的。当输送油浆等重组分时，介质很容易在泵转子上结焦或结垢，从而造成转子的不平衡。

（3）解决方案

如果泵投用初期运行正常，运行一段时间后第6期刘红云等．离心泵振动原因分析和解决方案各测点的振值则呈现上升趋势。这种情况，大多为转子结垢所致，应开泵检查，清理结垢。

如果试运时泵振动大，说明泵转子有初始不平衡，应由泵厂进一步检查、改造。

2.叶轮

（1）典型现象

在带负荷试车时，无论是小流量工况还是满负荷运行，泵的进出口管线均表现很大的振动。振动为时大时小，呈间歇性。泵的进出口管线压力表和出口流量表指针摆幅大。通过听棒听到的管道中流体声不均匀、不稳定。降低扬程，情况没有改变。采用压力传感器直接对管道中的流体进行压力脉动测试，可发现流体压力脉动不均匀度过高。

（2）原因分析

该振动不是机械振动的传递，而是流体压力脉动的结果。脉动流遇到管线的直角弯头时，流体对转弯处管壁产生很大的力。当流体遇到阀门或变截面管等收缩的地方，也会产生很大的流体冲击力。

流体压力脉动会引起管道中流量的脉动变化。流体压力脉动来源于泵的设计。为了降低叶片泵导叶上产生的不稳定力，必须使叶轮叶片数和导叶叶片数互为质数。如果他们之间有公约数，会使流出叶轮叶道各出口点处的流速和压力很不均匀，流体冲击在导叶上，将产生一个较强的交变作用力。另外，叶轮出口处不均匀的流速在导叶上形成较严重的边界层和分离漩涡，会导致流体流出泵以后产生压力脉动。

（3）解决方案

应对泵的转子和静子部件进行改造。如改变叶轮叶片数，使叶轮叶片数和导叶叶片数互为质数。精心设计流道的各个部分，从根本上消除流体的压力脉动。另外，轴承和滚珠等部位磨损应及时处理。

3.临界转速

（1）典型现象

多发生在多级泵上。刚投用时，泵本身的振动幅度大。平衡盘、平衡套、密封环经常严重磨损，轴弯、密封泄漏等故障经常发生。

（2）原因分析

湿态临界转速与实际运行转速接近时，泵极易产生共振。临界转速与泵轴设计有很大关系。泵轴的长度过长，长径比偏大，抗干扰能力差。在外力矩的作用下，泵轴很容易发生弯曲，导致口环上、下间隙不均匀，产生振动。

（3）解决方案

加粗轴径，尽量减少级数，使动平衡结构更加合理，保证湿态临界转速远离实际运行转速。泵出厂前应在工作转速下进行动平衡试验。

案例

某厂重整汽油分馏塔底泵，工艺包设计正常流量为460m／h，介质为C汽油馏分，温度190℃，计算装置有效汽蚀余量7.8m。采用国产单级双吸上进上出泵，扬程280m，转速2985r／min，必须汽蚀余量4.9m，最小流量210m／h。流程见图1。

该泵的进出口管线在操作初期就有很大振动，泵腔有噼噼啪啪的噪音。将管线加固后，振动和噪音仍然很大，而且流量越大振动和噪音也越大。泵入口压力表一直有大幅的抖动(0.18MPa±0.04MPa)，出口压力表抖动频繁(2.0MPa±0.2MPa)。经过计算和现场拆泵检查可以排除汽蚀余量不足的可能性。检查泵入口管线，也没有阻塞现象。

由于该泵的介质为塔底饱和液体，为了避免流体在管线流动过程中产生气泡，对泵的人出口管线进行了改造，减少了弯头数量，使用同径过滤器，取消了紧急切断阀，同时为了减少液体中夹带的气泡，将重沸炉返回口上移1m，并在泵的入出口均增加了排空线。改造后测试发现仍然不能消除振动和噪音。

根据API标准规定，泵厂最后对该泵进行了特殊处理，加工特殊的泵体密封环，减小了叶轮吸入口的面积，从而降低了叶轮旋转过程中介质与泵涡壳隔舌之问产生的冲击量能。这样，一方面可以减小泵体本身的振动，另一方面可以降低泵出口流体与出口管线之间产生的冲击力，减小出口管线与泵发生共振的可能性。

泵安装到位后，测试表明在低流量下泵腔没有噪音，泵和管线的振动都小于规定值。但当流量提高到380m／h以上时，泵入口会突然失压，出现汽蚀现象。根据该情况，调整塔系统的操作参数，一方面可以满足生产要求，另一方面可降低泵的工作流量，使之能在正常运行的范围内操作。同时在塔的重沸炉返回口增设分流器，进一步提高气液分离效率，为泵提供更好的操作环境。

经过一系列整改，目前该泵的运行稳定。该厂抽余液塔底泵为同样型号，开工介质为C8芳烃，正常介质为C10芳烃。流程见图2。

该泵开工初期为60％(大于最小回流量)负荷操作，泵的脉冲噪音和进出口管线振动都很大，泵出口压力表随声音频率小幅抖动。清洗过滤器并加固管线后人口管线振动减小，但出口管线振动仍然没有改善，而且泵底座振动明显。分析有效汽蚀余量和气液分离都不存在问题。调整流程，打开回流，加大泵的流量，使之在额定流量下操作，此时噪音和振动都恢复正常值。

同样型号的泵在不同位置表现不一样：一台是流量高振动，另一台是流量低振动。根据现象和工期采用不同的方式来消除振动，满足正常生产的要求。四台泵均为高能泵，理论上易产生振动，制造时要采取特殊的处理措施。由此总结出，对于图1这种流程，一般去重沸炉的流量大、扬程低，而去下游的流量小、扬程高，可考虑分成重沸炉泵和产品泵两个台位，既可以节能也可以降低泵的能级，减少振动和噪音。对于塔底泵应尽量选用低转速的泵，可降低噪音和振动。本文主要为您介绍了离心泵振动原因分析和解决方案