浅析离心泵振动故障诊断及解决措施

孙永航

（辽阳石化分公司烯烃厂，辽宁 辽阳 111003）

由于离心泵设备具有结构简单、流量均匀、运转稳定可靠、检查维修方便等特点，所以在乙烯工业生产中得到了广泛的应用，并取得了理想的应用效果。而在乙烯工业生产的过程中，针对装置设备的连续性要求较高，则需要重点保障在线设备运转的安全性与稳定性。所以，积极开展离心泵振动故障的诊断与解决处理，具有重要的现实意义。

1 离心泵振动故障分析

本文结合21-P-225泵的振动情况开展离心泵振动故障分析。在乙烯裂解生产装置中，新碱循环泵是裂解工艺生产阶段碱洗系统设备中的基础和关键，保障其运转的安全性与稳定性，能够直接提升整个碱洗系统和整套乙烯裂解生产装置的实际运转情况。如果离心泵出现异常振动，则极易引发其他故障。因离心泵异常振动而引发的故障类型较多，例如，泵连接体出现裂纹现象，泵轴的轴承出现异常损坏现象，轴承出现横向裂纹现象或抱轴现象，机械密封出现短时泄漏现象，连接管路出现振动现象，以及焊接口出现开裂现象，连接部件松动现象和电机损坏现象等。这些问题不仅会对设备的稳定运转带来直接威胁，还会增大设备的整体维修费用，甚至因此而引发停产现象和安全事故，给企业带来不必要的损失与麻烦。

2 离心泵振动故障类型分析

离心泵振动故障类型主要有以下几种：转子不平衡或不对中、转轴明显弯曲、转子的支撑部件联接出现松动以及机械密封动静件出现摩擦现象，轴承的各零部件出现各类故障等等，这些故障都会体现出现一个显著的特点，即机器会出现异常的振动现象并伴有明显的噪声。离心泵的振动信号能够从时域与频域方面反应离心泵故障的相关信息，其中，时域主要是反应离心泵实际运行状态方面的问题，而频域方面则主要反应的是离心泵设备的故障类型，故障的具体部位和相关原因等。所以，在离心泵振动故障分析中，频谱分析法具有较高的应用频率。不同类型的故障会具有相应的表现，具体情况如下。

（1）转子不平衡现象：离心泵的转子不平衡主要体现为转子的水平振动与垂直振动的相位差在90°。（2）转子联轴器不对中现象：如果联轴器出现平行不对中的现象，则会导致振动频率为二倍频。由于联轴器的偏角出现不对中的现象，会导致转子在轴向引发工频振动现象。而平行偏角不对中现象，则是对上述两种情况的综合体现，不仅引发转子出现径向振动现象与轴向振动现象，还会导致轴向振动的相位差变为180°，但是，径向振动则变为同相位的情况。这一特征是角度不对中的显著体现。（3）轴承座不对中现象：振动频率为工频，但是，同时还伴有二倍与三倍频。如果是滚动轴承出现不对中现象，那么n倍频则是最直接的体现，并且径向与轴向的振动都体现得十分明显。（4）轴承弯曲现象：以工频为主的振动频率，不时会伴有二倍频或三倍频的出现，其中以二倍频低于三倍频为主要表现。（5）基础松动现象与轴承松动现象：如果是基础松动现象，则在工频振动方面体现得更加明显，并且径向较大，垂直则更加明显，而轴向的振动则体现得较小甚至趋于正常。如果是轴承松动现象，振动频率则会体现为工频或2倍频。（6）转子组件松动现象：振动频率为工频，并可能出现1/2或1/3等分数倍频以及倍频等情况。

3 离心泵振动故障检测及原因

针对离心泵故障类型的具体判断过程，应用工频频谱分析法不仅精准度高，且时效性强。主要是因为不管离心泵出现何种故障，在频率方面都会有所体现，同时，离心泵故障而引发的振动大部分都是强迫性振动，而强迫性振动的频率与输入工频都会体现明显的相等性，这便使得故障类型的判断具有了理论依据。

21-P-225泵的振动故障，主要体现为泵端振动超标明显，其中在水平方面体现得尤为突出。实际所测量出的频谱，电机工频振幅较大，同时，二倍频与三倍频的幅值均超过了相关标准，在时域中的冲击也体现得十分显著，且水平与垂直方向的振动相位差已经达到180°左右。如果是联轴器不对中，则通常会体现出以下三种情况，即平行不对中现象、偏角不对中现象以及平行偏角不对中现象等。如果是平行不对中现象，振动频率则会是转子频率的两倍；如果是偏角不对中现象，连轴器的附加弯矩则会导致两个轴中心线的偏角减小，当轴旋转一周时，弯矩的作用方向就会发生一次改变，所以是偏角不对中导致转子的轴向力被增加，并且轴向上的工频振动与二倍频振动都会体现得很强烈；如果是平行偏角不对中现象，则会综合上述两种情况。所以，21-P-225泵的振动故障类型属于平行偏角不对中现象。

4 解决措施

4.1 联轴器

21-P-225泵的联轴器外径为φ130mm，且中间短轴带有加长梅花形联轴器。而梅花形联轴器的凸爪之间装有梅花形弹性环，利用其两者间的挤压作用进行动力传递，弹性环的变形则可以达到补偿周围相对偏移情况与减震缓冲的目标。带中间短轴的梅花形联轴器如图1所示。

图1 带中间短轴的梅花形联轴器

4.2 不对中原因

利用打表测量的方式对泵端与电机端的联轴器进行测量，各项数据均低于0.05mm，符合技术标准的范围。但是，当离心泵重新启动后，离心泵的振动值缺始终处于明显超标的状态，导致设备无法正常运行。通过开展对中找中心的操作发现，联轴器的短轴3同法兰连接的凸缘存在尺寸精度不足的现象，同时，在后期使用与维护过程中导致连接法兰的凸缘具有明显的损伤，从而使得联轴器的端面与轴中线无法垂直。由于泵端联轴器会对短轴联轴器的运动产生明显的束缚作用，使短轴器反作用在泵轴上的不平衡力偶就体现得越大，所以平行偏角不对中现象就会表现得更严重，如图2所示。在不平衡现象与不对中故障的双重影响下，使得工频与二倍频表现得十分明显。当离心泵开始启动时，偏心联轴器的高速旋转而形成了较大的挠曲变形与附加力矩，而附加力矩使得联轴器1与短轴2之间的螺栓出现松动，导致离心泵轴的振动加剧。

图2 加长型联轴器平行偏角不对中示意图

4.3 解决措施

针对联轴器不对中现象的处理，首先需要用双膜片联轴器更换梅花形联轴器，双膜片连轴器的膜片弹性变形能够对联结两轴的相对位移进行有效的补偿，同时，针对主机与从动机之间的制作和安装误差、承载变形情况，在温度因素影响下而出现的轴向与径向偏移情况，以及角度偏移情况等，双模片连轴器都能进行补偿。由于惯性主轴与旋转轴线间的偏心情况，导致零件在运转时出现不平衡惯性力，由此引发传动轴系的振动故障。而双膜片联轴器两端的结构为固定性的，在悬臂质量方面以及水平方向，垂直方向的附加位移差都相对较小。所以，在更换双膜片连轴器后，离心振动泵各点的振动值均得到了有效的改善。

5 结语

综上所述，要保障离心泵设备的稳定运转，则需要积极开展科学系统的振动故障诊断与处理。一方面，及时发现与处理各类故障问题，确保生产计划的有序进行；另一方面，避免小问题引发大事故，给企业带来严重的经济风险。所以，技术人员要重视离心泵振动故障的科学诊断分析，并根据诊断结果制定相应的解决措施，由此确保设备的稳定运转，保障企业生产计划的顺利完成。