李 明 阿卜杜艾尼 郭鳳鳳

克拉瑪依石化公司檢維修中心 新疆克拉瑪依市

引起離心泵振動(dòng)的原因有多種，常見的有：機(jī)械問題，如轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡，動(dòng)靜摩擦，軸不對中，基礎(chǔ)松動(dòng)等；附屬管路上管線憋勁；工藝操作上泵出現(xiàn)抽空、氣蝕現(xiàn)象。還有一種振動(dòng)情況與液體激振力有關(guān)，下面分析克拉瑪依石化公司石化裝置離心泵由液體激振力引起振動(dòng)超標(biāo)的原因以及改造措施。

一、振動(dòng)特點(diǎn)與原因分析

現(xiàn)場跟蹤和測量液體激振力引起泵振動(dòng)的特點(diǎn)如下：①振動(dòng)主要表現(xiàn)在泵的前端軸承（即泵聯(lián)軸器側(cè)）存在水平或垂直方向的振動(dòng)比較大，振動(dòng)值幾乎都達(dá)到10～12mm/s。②泵的蝸殼或是出口管線段明顯有較大的振動(dòng)，約為7～8mm/s。③機(jī)泵振動(dòng)各頻率上，幅值最大的為3倍轉(zhuǎn)速頻率，而這些泵葉輪葉片數(shù)都為3。

1.泵在流量偏小的工況下運(yùn)行

以催化回?zé)捰捅肞-207/1為例，制造廠家提供的最佳工況點(diǎn)流量139m3/h，揚(yáng)程180m，可以計(jì)算出該泵的比轉(zhuǎn)速為43.6，當(dāng)離心泵比轉(zhuǎn)速處于30～80區(qū)間時(shí)，就屬于低比轉(zhuǎn)速，低比轉(zhuǎn)速運(yùn)行下的泵內(nèi)液體流速高，沖擊損失大。

根據(jù)實(shí)際流量，計(jì)算泵的實(shí)際運(yùn)行流量占額定流量百分比。一般要求離心泵的工作點(diǎn)能落在最佳效率點(diǎn)流量的70%～120%內(nèi)，這個(gè)范圍為離心泵的優(yōu)先工作范圍。當(dāng)泵工作流量偏小時(shí)，在運(yùn)行中可能會(huì)進(jìn)入泵的不穩(wěn)定工況區(qū)，導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲或振動(dòng)大。

2.泵較少葉片數(shù)產(chǎn)生了較大的壓力脈動(dòng)

由于葉輪復(fù)雜的幾何形狀，蝸殼非對稱的幾何結(jié)構(gòu)，流體黏性以及葉輪、蝸殼動(dòng)靜部件間的相互干涉等，使得離心泵內(nèi)的流動(dòng)為具有強(qiáng)旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的全三維、黏性、非定常的極其復(fù)雜的湍流流動(dòng)[1]。實(shí)驗(yàn)記錄顯示，各流量下，機(jī)泵在葉片通過頻率上存在非常突出的壓力脈動(dòng)峰值。因?yàn)槿~片通過頻率是由葉輪和蝸殼之間的動(dòng)靜干涉引起，所以葉輪與隔舌間的動(dòng)靜干擾是產(chǎn)生壓力脈動(dòng)的主要原因。在不同工況下，葉片通過頻率是壓力脈動(dòng)和流動(dòng)噪聲的主頻[2]。機(jī)泵的振動(dòng)和壓力脈動(dòng)又有著直接的聯(lián)系，脈動(dòng)越大，則導(dǎo)致的振動(dòng)越大。在設(shè)計(jì)流量下的壓力脈動(dòng)幅值最小，而泵一旦偏離設(shè)計(jì)流量運(yùn)行時(shí)，脈動(dòng)幅值將會(huì)增大[1]。

對于低比轉(zhuǎn)速離心泵，通常采用的葉片數(shù)為5～7。機(jī)泵廠家采用3葉片數(shù)葉輪，一方面考慮為了改善泵的駝峰曲線性能，使機(jī)泵的節(jié)流特性穩(wěn)定；另一方面對于從加工制作角度上，尤其是低比轉(zhuǎn)速離心泵的葉片數(shù)少的葉輪加工較為容易。上述離心泵都采用了3葉片數(shù)的葉輪，其振動(dòng)原因都是由葉片產(chǎn)生較大的壓力脈動(dòng)造成的。

葉片表面流體動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)反映了流體作用在葉片表面壓力差的大小。所以流體動(dòng)力負(fù)荷系數(shù)越大，流道內(nèi)的二次流也越強(qiáng)，離心泵葉輪葉片數(shù)過少會(huì)增大葉片負(fù)荷[3]。

所以，上述泵振動(dòng)的根本原因是選擇了最少的3葉片，在偏離最佳工況點(diǎn)的條件下運(yùn)行，產(chǎn)生了較大的二次流，引起壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的流體激振力作用造成振動(dòng)，反映在葉片通過頻率上的振幅幅值最大。

二、改進(jìn)措施

1.切割葉輪外徑

葉輪切割后，使特性曲線向下移動(dòng)。泵處在流量偏小的工況，富裕揚(yáng)程使得泵內(nèi)部流體激振力作用相對較大。通過葉輪切割，葉輪出口的絕對速度和出口截面積會(huì)減小，從而機(jī)泵的揚(yáng)程會(huì)有所降低，流體產(chǎn)生的激振力隨之降低[4]。

切割葉輪后，流量會(huì)降低，可通過調(diào)節(jié)閥門改變管路特性，以維持流量滿足工藝要求。

以含硫污水泵P-5402/B為例，葉輪直徑Φ390mm，車修葉輪至Φ370mm，機(jī)泵前端的振動(dòng)值由原先的9～10mm/s降為4mm/s。

2.改變泵的轉(zhuǎn)速

降低泵的轉(zhuǎn)速，泵的特性也就發(fā)生變化，處于蝸殼內(nèi)部的介質(zhì)流速就會(huì)降低，對葉輪及蝸殼的沖擊就會(huì)減弱，相應(yīng)地泵的振動(dòng)就會(huì)減小。改變轉(zhuǎn)速后的機(jī)泵性能曲線趨勢和葉輪切割相同。

目前可供采用降低機(jī)泵轉(zhuǎn)速的方法之一，就是安裝機(jī)泵電機(jī)變頻器，對于有大范圍流量調(diào)整時(shí)比較方便，還具有一定的節(jié)能作用。

3.改變?nèi)~輪葉片數(shù)

當(dāng)葉輪葉片數(shù)由3片增至4片時(shí)，流道內(nèi)各參數(shù)將出現(xiàn)較大變化。與流體接觸的葉片表面由原來的6個(gè)增加到8個(gè)，雖然表面摩擦損失有所增加，但是由于葉輪內(nèi)部二次流強(qiáng)度大幅度減弱，葉片負(fù)荷也有所降低，所以流體的壓力脈動(dòng)會(huì)減弱。

重新設(shè)計(jì)催化泵P-207/1的葉輪葉片，葉片數(shù)由3片增至4片，葉輪外形尺寸沒有改變，泵的振動(dòng)明顯地從原先的9mm/s降至為3mm/s。

三、結(jié)語

（1）石化行業(yè)使用油泵大多都是低比轉(zhuǎn)速離心泵，盡可能保證泵的實(shí)際工況在設(shè)計(jì)最佳工況點(diǎn)附近，對泵的平穩(wěn)運(yùn)行有重要的意義。

（2）離心泵選取3葉片數(shù)的葉輪，會(huì)導(dǎo)致泵內(nèi)液體激振力較強(qiáng)，尤其是在偏離最佳工況點(diǎn)時(shí)增大趨勢明顯。在低比轉(zhuǎn)速泵選型時(shí)應(yīng)予考慮。

1 王洋，代翠.離心泵內(nèi)部不穩(wěn)定流場壓力脈動(dòng)特性分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41(3)：91—94

2 袁壽其，薛菲，袁建平.離心泵壓力脈動(dòng)對流動(dòng)噪聲影響的試驗(yàn)研究[J].排灌機(jī)械，2009，27(5)：21—24

3 李文廣，鄧德力，蘇發(fā)章.輸送水時(shí)葉片數(shù)對離心油泵性能的影響[J].水泵技術(shù)，2000(3)：5

4 赫爾姆特.舒爾茨.泵原理、計(jì)算與結(jié)構(gòu)[M].吳達(dá)人等譯.13版.機(jī)械工業(yè)出版社，1991