多级离心泵振动原因分析及对策

多级离心泵振动原因分析及对策

摘要：论文对使用中多级离心泵的振动原因进行分析，确定了相应的解决方案，并有效实施，是现场设备安装问题的一次总结。

关键词离心泵振动原因分析对策

1 概述

长庆兴隆园直燃机房的热水循环泵为多级离心泵，型号MY40.35×6，流量m3／h，扬程209m，级数6级，转数2950r／min。该泵投用一年半，经常出现泵体振动，最初以为是机泵密封环磨损造成的，多次检查和更换磨损零件后，问题依然得不到根本性解决，且主备用泵都出现同一症状。

2 泵体振动的原因分析

2.1 泵在运行之前未进行充分预热在运行之前未对泵体进行充分预热，当高温液体进入泵体后，转子马上受热，由于转子尺寸小，直径只有40mm，又是四周受热，因此比定子受热要快的多。转子在静止状态下受热，由于主轴向上、下受热不均匀，会使主轴产生一个向上弯曲的热变形，加大转子不平衡的离心力，使转子和定子径向间隙减少，在转子热挠度较大时，动静部分径向间隙可能消失，转子在旋转时与定子可能发生摩擦，从而导致泵体本身的强烈振动.

2.2 机泵出口经常性完全关闭导致泵体气蚀液体的温度越高，挥发性越大，饱和蒸汽压越高，导致液流低压区某点的压力不必降低到很低时，泵就会产生气蚀。此循环泵出口有两股管线，当甲醇饱和热水塔内液位满足工艺要求时，LV102就处于关闭状态，而另一股送往合成车间冷凝液汽提塔的补充液也要求不能输送。此时必然造成泵体内的流体随着转子的运转，压力温度都随之增高，从而大大增加了泵体气蚀的可能性。在以后的泵体维修中发现泵体机械密封动静环接触面出现大量的点蚀面充分说明了这一点。

2.3 口环间隙过小

口环间隙设定合理，可以使盘车轻松，避免转子和定子在泵的启停运行过程中发生碰撞，更为重要的是确保泵运行时的正常流量与压力。影响泵口环间隙设定的因素包括轴的挠度、隔板止口间隙、温升导致的热膨胀、转子晃动量及间隙余量等。泵的静挠度一般在0.2～0.3mm，动挠度一般在0.05～0.08mm，而新隔板止口间隙一般要求在0～0.01 mm。当隔板因检修而多次拆卸后，配合间隙将会变大，因逐级累加，口环间隙最大一般为0.03～0.05Inln。温升将导致口环径向膨胀，膨胀量是由材质、温升的高低和口环直径几个因素决定，对于温差变化大的离心泵，口环的径向膨胀量一般在0.03mm左右。综合上述几个数字来考虑，其口环的间隙应该至少控制在0.50mm，此数值还未考虑口环间隙余量，而泵生

产厂家给出的间隙值为0.45～0.50mm，最初的装配口环间隙一直以厂家的数值为参考，但每次都会出现装配之后试运行时泵体振动，解体之后发现口环磨损的情况，尤其以3级、4级磨损的最为严重。通常要将口环车削掉0.05mm后才能去掉高点，说明口环间隙是设定过小。

2.4 止推轴承的间隙过大造成平衡盘和平衡座产生刮磨

在最初泵体拆卸检修测量中，发现止推轴承间隙达到0.80mm，平衡盘间隙仅0.10mm，如进行泵体装配必然会导致转子可以轴向窜动很大的距离。在泵运转以后，由于轴向力作用会使转子向泵的人口侧窜动，而平衡盘问隙过小，会导致平衡盘和平衡座旋转摩擦。因为无论平衡盘和平衡座所构成的平衡室面积有多小，它所产生的平衡力永远都小于轴向力。即如止推轴承的间隙大于平衡盘和平衡座间隙，就一定会造成平衡盘和平衡座的刮磨而使泵体产生强烈振动。

2.5 转子的轴向窜量调节不合理

多级泵合理轴窜量的确定应根据其内部结构关系，使泵在设计的特征状态下工作。水泵装配时，根据水泵的性能曲线图（见图1），如果水泵运转中脱离了最佳工况位置点，对于单级离心泵来说，虽然引起的仅是效率的下降、流量的变化以及扬程的变化，但对于多级离心泵来说，由于压力的升高，水流流速的增加，尤其是此泵介质的温度很高，都将会使泵内产生大量的气体，从而引起水泵输出水量的减少和泵体的振动。在最初的泵体拆卸过程中，将泵的首级叶轮单独装配后对轴窜量进行了测量(见图2)，测量叶轮前轮盖到导叶距离b1为4.5 mm，叶轮后轮盖到导叶距离b2为3．0nlln，总窜量为7．5mm。这与厂家给出的bl为2．5mm，b2为3.0mm，总窜量为5.5mm有很大的出入。b1的值在水泵运行的时候是很重要的，因为在轴向力的作用下，转子总是向进口端，即向着b1方向运动，而2mm的出入会造成叶轮和导叶的中心偏差过大引起泵体的振动。

3 对策

3.1 预热泵体和常开最小回流线，解决气蚀问题。

在每次泵运行之前要对泵体进行彻底的预热，不断将泵体里的热气通过排气阀排出，消除转子的热变形。同时此台泵在设计上也有轴向膨胀滑销，在最初的维修中忽略了这个问题，后来在泵体预热之前将地脚螺栓松开，完全预热之后再将螺栓把紧，最大程度的消除了轴向热应力。在泵运行之后，也将最小回流线阀留出小开度，让泵体出口阀在关闭的情况下，气体也能够流向排出，大大消除气蚀的可能性。

3.2 加大口环间隙，装配后的转子进行整体动平衡测试，消除不平衡力。

设定口环间隙时，在满足泵运行条件情况下，根据经验和表1高温介质的要求，将中间3、4级叶轮口环的间隙设定为标准最大值0．80mm，由中间往两侧依次递减，最小为0．60mm进行装配，这比习惯上采用统一口环间隙更为合理。

按照这一方法去设定口环的间隙值，有效避免了多级泵在检修后因口环间隙的原因而出现的盘车卡涩或流量不好的情况，口环不发生偏磨，也延长了口环的使用寿命。在装配之后，还将转子整体进行动平衡测试，平衡精度G2.5，彻底消除了转子的不平衡力。

3.3 调整止推间隙，保证平衡盘窜量。

运行中的多级泵由于轴向力的存在和平衡装置的作用，使泵转子处于动态平衡(如图3)，即转子不停的左右窜动，窜动量一般在0．10～0．15mm之间，窜动次数在10～15min。从末级出来的带有压力的液体，经过平衡盘和平衡间隙流人到平衡腔，平衡盘后有平衡管与泵的人口相连，其压力近似为人口压力。这样平衡盘两侧压力不相等就产生了向后的轴向推力，即平衡力。平衡力与轴向力方向相反，因而自动地平衡了叶轮的轴向推力。当叶轮的轴向推力大于平衡力时，泵转子就会向人口侧移动，并由于惯性的作用，这种移动并不会立即停止在平衡位置上，而要超出限度，引起平衡盘轴向间隙b0过量减少，使泄漏量减小，平衡室的压力升高，于是平衡盘上的平衡力增加，超过叶轮的轴向推力，把转子又拉向出口侧。同样这个过程有惯性，使平衡盘的轴向间隙b0增大，引起平衡力小于轴向推力，转子又向人口侧移动，重复上述过程。一旦泵稳定运行，转子始终是向着进口方向运动，这种运动趋势始终存在。在装配过程中只有用调整止推间隙来控制平衡盘的轴向窜量，也就是将止推窜量的数值控制到小于平衡盘窜量，才可以保证平衡盘不会刮磨到平衡座，在维修过程中，通过测量和车削轴承压盖，将止推间隙控制为0．15～0.20mm。

3.4 合理调节轴向窜量

根据厂家提供的数据，为了将叶轮b1值调整到位，在首级叶轮的前端，减了1.5min的调整垫，这样bl的数值调整为3.0mm，b2的数值调整为4.5mm，基本符合设计要求。同时在装配后级叶轮时，都进行轴向窜量的检查，对于其值大于首级的，均算合格，小于首级的，通过改变定位套或切削叶轮改变轴向尺寸来进行调整。最终装配后窜量可能还有小许变化，但基本满足设计要求。