凝缩油泵振动超标原因分析及治理

林德峰

大庆炼化公司机电仪厂机械一车间 （黑龙江 大庆 ） 163411

摘 要：大庆炼化公司180万吨/年ARGG装置OH2结构、单级悬臂式离心油泵P10301/1，自2017年12月17日以来长期存在振动超标问题，其振动主要表现在驱动端垂直方向的轴承箱测点上，经3次专项技术攻关后，均未能取理想的治理效果，一直处于振动大、无法长期备用的状态。结合该机泵现场运行情况和前两次的治理经验，确定引起机泵振动超标的根本原因是泵本体5X倍频与叶轮（5通道）通流频率产生的5X倍频叠加，幅值能量集中产生共振，造成驱动端垂直方向振动超标。设计改造4通道叶轮，改造后的叶轮通流频率以4X倍频为主导，避开了与泵体本身5X倍频叠加产生的共振，振动幅值能量降低，振动下降，从而解决该泵长期以来存在的振动超标、无法长周期备用的难题。

关键词：振动评价标准 倍频 叶轮通流频率 共振 叶轮结构

1、设备概述

180万吨/年ARGG装置凝缩油泵为ZE250-5560A型离心泵，由大连耐酸泵厂 生产。设计流量为639.13m³/h、输送介质为液化气、汽油，介质温度为40℃，入口压力1.25MpaG，出口压力2.0MpaG，转速为1475r/min。该泵为中心线安装式结构（OH2）型离心泵，转子为单级悬臂式结构，轴承型式为2口FAG产7314型角接触球轴承承受轴向推力，1口NU314型圆柱滚子轴承承受径向载荷；密封使用成都一通公司产CYTGS1054J-00型干气密封，辅助冲洗方案采用Plan11+72+75的复合型冲洗方案；通流部件采用5通道标准通流型式。

2、故障简述

2.1 2017年至2020年凝缩油泵P10301/1检修情况:

该泵长期存在驱动端垂直方向振动超标（标准≤2.8mm/s），频谱分析5X倍频偏高的问题。2017年至2020年期间共检修4次，具体情况说明如下：

1）2017年12月17日至21日，本次检修检查轴系动平衡，修理轴承箱及叶轮锁紧螺母。

2）2018年2月11日，更换于大连耐酸泵厂加工的泵头总成。

3）2018年4月8日，更换新叶轮（原设计形式）、联轴器。

2.2 2019年8月二套ARGG装置停工检修期间，凝缩油泵P10301/2检修情况（P10301/2与P10301/1泵型相同，具有参考价值）

1）2019年8月停工检修期间，车间进行工艺流量核算，计划切削叶轮直径由580mm切削至560mm，以期改变流量偏离情况。

表1 历次检修治理后泵振动测量情况（使用BH550型便携式频谱分析仪）

	水平振动（mm/s）	垂直振动（mm/s）
2017年12月	1.42	4.76
2018年2月	2.21	5.30
2018年4月	2.78	5.62

由上表可以看出，历次检修治理效果并不理想，未能从根本上找出振动原因。

3、振动标准评价依据

参考《炼化企业提高机泵运行水平和本质安全指导意见》中关于泵的振动级别评价。对于容积式、叶片式机泵，评价其振动级别按照泵的中心高和转速将泵分为四类。

因此，二套ARGG装置凝缩油泵P10301/1测量中心高480mm，对应额定转速1475r/min，其推荐评价标准为第二类泵，满足B区运行的最大振动值为不超过2.8mm/s。

4、故障原因分析

4.1 配件质量方面

以2018年检修为例，检修前车间组织对待更换配件的出厂证明文件、外观尺寸及质量进行到货验收和使用前验收。同样的，2020年1月，检修前车间组织对待更换配件的出厂证明文件、外观尺寸及质量进行到货验收和使用前验收。

配件质量验收方面符合相关要求，因此排除配件质量原因。

4.2 检维修和安装方面

2017年12月17日~12月21日检修，检查轴系动平衡，修理轴承箱及叶轮锁紧螺母；2018年2月11日，更换泵头总成；2018年4月8日，更换新叶轮（原设计形式）、联轴器。各部间隙符合检修规程标准要求（详见现场检修规程）。

4.3 流量偏离方面

该泵设计流量639.13m³/h，实际使用流量364t³/h，介质密度650Kg/m³，换算为体积流量为560m³/h。

偏离程度=560/639.13=87.62%

此工作区位于所提供叶轮的最佳效率点流量的70%-120%区间内。

4.4 设计制造方面

（1） 泵本体产生的5X倍频与叶轮通流频率产生的5X倍频叠加产生共振。

图 5 叶轮改造前振动频谱图

图6 叶轮改造后振动频谱图

因此，引起凝缩油泵P10301/1振动超标根本原因确定如下：

改造前泵本体5X倍频与叶轮（5通道）通流频率产生的5X倍频叠加，幅值能量集中产生共振，造成驱动端垂直方向振动超标（标准≤2.8mm/s）；

改造后叶轮（4通道）通流频率出现4X倍频，避开了与泵体5X倍频产生共振，幅值能量降低，振动下降。

5、改造过程及改造效果

5.1改造过程：

1、根据装置所需流量、扬程，重新设计并更换4通道叶轮（避开偶数流道的共振区），如下图7所示：

2、轴承、机封预知性更换，按照API610标准检修。

改造前叶轮直径ø580mm，开口宽度39mm，设计流量639m³/h，设计扬程114m；

改造前叶轮直径ø560mm，开口宽度29mm，设计流量555m³/h，设计扬程86m。

5.2改造效果：

改造后，机泵开车一次成功，测量的振动值均在标准范围内，运行一个月后，该机泵运行平稳，振动值无明显变化，满足泵的振动级别B区-泵可以长期运行状态。

6、总结与启示

6.1、对于振动超标的设备，应首先考虑工艺因素，进行工艺流量核算，判断其工作区是否位于所提供叶轮的最佳效率点流量的70%-120%区间内。若为流量偏离，则需要对叶轮进一步改造。

6.2、其次考虑管线应力集中、泵基础刚度不足等因素，应进行管线改造和具体的基础刚度补强措施。

6.3、加强检修质量管控，质量验收严格执行API610标准。

6.4、通过上述措施依然不能解决振动问题的，建议从泵体及配件材质、强度、刚度、结构型式等方面入手解决振动问题。

参考文献：

[1]设备检修规程

[2]机械设计手册[M]，北京；化学工业出版社

[3]《炼化企业提高机泵运行水平和本质安全指导意见》

作者简介：林德峰，大学学历，1992年7月参加工作，工程师，现担任检维修中心副主任，主要负责转动设备维修管理工作。