張翼飛，謝小青

（1. 江蘇雙達(dá)泵業(yè)股份有限公司，江蘇靖江 214537；2. 上海電氣凱士比核電泵閥有限公司，上海 201306）

隨著石化設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷健全與應(yīng)用，在泵設(shè)備采購(gòu)過(guò)程中對(duì)泵振動(dòng)指標(biāo)要求越來(lái)越高。API 610 和GB/T 29531 已成為泵設(shè)備振動(dòng)驗(yàn)收的通用標(biāo)準(zhǔn)[1-2]，振動(dòng)值不高于3.0 mm/s 和 4.5 mm/s 已成為基本要求。無(wú)論作為泵設(shè)備的設(shè)計(jì)制造企業(yè)還是終端用戶，如何做到讓泵系統(tǒng)振動(dòng)值達(dá)標(biāo)，一直都是困擾泵設(shè)備工程師和制造廠的一大難題。

泵設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)狀況，一方面，除了與泵本身的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量有關(guān)外，還與客戶的使用條件好壞直接相關(guān)，只有雙方都具備了所需的良好條件，才可能取得好的運(yùn)行效果。

因?yàn)閷?duì)泵設(shè)備振動(dòng)影響因素多而復(fù)雜，涉及到泵本身設(shè)計(jì)、制造、使用及維護(hù)等多方面，作為泵設(shè)備的設(shè)計(jì)制造企業(yè)，泵設(shè)計(jì)工程師們往往不知道客戶的詳細(xì)安裝使用情況，而泵設(shè)備使用單位對(duì)泵自身的技術(shù)細(xì)節(jié)也往往缺乏深入了解，因此經(jīng)常產(chǎn)生因?qū)?duì)方要求條件缺乏了解而導(dǎo)致的泵系統(tǒng)振動(dòng)值偏大問(wèn)題。如果供需雙方能夠?qū)τ绊懕迷O(shè)備及系統(tǒng)振動(dòng)因素的認(rèn)知相通，無(wú)疑對(duì)所選用泵設(shè)備的安全使用是一件十分有益的工作。

根據(jù)查閱大量文獻(xiàn)資料可知[3-10]，目前對(duì)泵及系統(tǒng)振動(dòng)影響因素的研究多是以對(duì)某一具體要素對(duì)泵設(shè)備振動(dòng)影響的研究為主，泵行業(yè)還缺少系統(tǒng)、全面地對(duì)影響泵及整個(gè)系統(tǒng)振動(dòng)值偏大所有因素的梳理匯總，更不便于遇到問(wèn)題時(shí)技術(shù)人員的查閱參考。為此，本文盡可能詳盡地對(duì)已知可能導(dǎo)致泵設(shè)備振動(dòng)值偏大的各類影響因素進(jìn)行了梳理匯總，藉此方便泵制造廠或終端用戶需要時(shí)參考。

文中泵設(shè)備系統(tǒng)的工程振動(dòng)是指泵設(shè)備在客戶現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的各類振動(dòng)值偏大問(wèn)題，相比制造廠出廠試驗(yàn)過(guò)程中遇到的泵振動(dòng)問(wèn)題，影響因素更加復(fù)雜。

1 誘發(fā)泵設(shè)備振動(dòng)值偏大的主要因素

根據(jù)各類參考文獻(xiàn)及作者本人數(shù)十年在石化泵制造企業(yè)所積累的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，本文從泵系統(tǒng)方面和泵設(shè)備本身兩個(gè)方面總結(jié)出可能引發(fā)石化離心泵及系統(tǒng)振動(dòng)值偏大的主要原因有數(shù)十項(xiàng)之多，詳見(jiàn)表1 ～2。

表1 可能引發(fā)泵振動(dòng)值偏大的原因：泵系統(tǒng)因素方面Table 1 Potential causes induced pump excessive vibration pump and system aspect

為便于分類表述，做下列兩個(gè)定義。

泵頭：指裸泵頭，不包含與泵相連接諸如驅(qū)動(dòng)電機(jī)、耦合器、齒輪箱、離合器、連接管路、閥門、過(guò)濾器、聯(lián)軸器、設(shè)備底座等配套設(shè)備。

泵系統(tǒng)：指與泵頭連接的各類相關(guān)設(shè)備總和，包括泵頭及驅(qū)動(dòng)鏈上所有驅(qū)動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、齒輪箱、底座及管路、管路上的閥門、過(guò)濾器、彎頭、管路支承等設(shè)備。

2 泵系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題的研究進(jìn)展

對(duì)于泵及系統(tǒng)振動(dòng)問(wèn)題，有些尚可通過(guò)一些“小修小改”使振動(dòng)值減小，但也有一些振動(dòng)問(wèn)題，一旦發(fā)生，很難通過(guò)“小修小改”使振動(dòng)降低；根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，在引發(fā)泵振動(dòng)偏大的諸多原因中，水力激振（Hydraulic Excitation）是最難于解決的問(wèn)題，由于其本質(zhì)是液流對(duì)泵過(guò)流部件的水力沖擊而導(dǎo)致的振動(dòng)，如果該振動(dòng)的頻率與泵設(shè)備的某一類頻率（機(jī)械、電磁）接近或倍數(shù)關(guān)系，就會(huì)誘發(fā)泵振動(dòng)過(guò)大。一旦發(fā)生，解決的方法往往是更換泵頭或者改變泵系統(tǒng)，非常復(fù)雜麻煩。

雖然在API 610 標(biāo)準(zhǔn)中，提出了對(duì)石化泵的振動(dòng)分析包括橫向振動(dòng)分析（Lateral Vibration Analysis）和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析（Torsional Vibration Analysis）兩種方式。橫向振動(dòng)分析和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析都是成熟的分析方法，這種方法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)預(yù)測(cè)泵轉(zhuǎn)子或整個(gè)泵系統(tǒng)轉(zhuǎn)子鏈（包括驅(qū)動(dòng)機(jī)、泵設(shè)備、齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)、離合器等）在典型工況條件下固有頻率（Natural Frequency）的方式，以期使泵的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速避開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)間的分析方法。

盡管在泵設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)通過(guò)精心設(shè)計(jì)流道形狀、合理選擇葉片或?qū)~數(shù)量等方法避免發(fā)生過(guò)大水力激振，但由于理論與實(shí)際的偏差，葉輪切割、制造精度、偏離最優(yōu)設(shè)計(jì)點(diǎn)等都會(huì)導(dǎo)致水力沖擊，另外，管路上的閥門、彎頭、過(guò)濾器等也會(huì)改變泵流動(dòng)狀態(tài)，這種振動(dòng)無(wú)法通過(guò)提高葉輪動(dòng)平衡精度、加強(qiáng)支承、增加剛度等措施有效消除。

表2 可能引發(fā)泵系統(tǒng)振動(dòng)偏大的原因：泵本身因素方面Table 2 Potential causes induced pump excessive vibration from bare pump head aspect

圖1 泵進(jìn)、出口管路彎頭閥門不當(dāng)配置Fig.1 A typical Improper fitted valves and dead-end pipes both in suction and discharge branches for the double entry pump

圖2 泵出口管路不當(dāng)配置[2]Fig.2 An improper pipeline layout in discharge branch of the pump

圖3 正確的雙吸泵進(jìn)口管路要求 [3]Fig.3 The suction pipe requirement for double entry pumps

水力激振的表現(xiàn)會(huì)集中反應(yīng)到在泵體、泵蓋等過(guò)流部件外表面的振動(dòng)上，而泵體或泵蓋的振動(dòng)會(huì)帶動(dòng)相連接的軸承架上的測(cè)量取振點(diǎn)振動(dòng)變大，因此可能誘發(fā)“誤診”。

圖4 雙吸泵入口配置閥門要求 [3]Fig.4 Effect of a badly fitted valve in the pump suction line

圖5 雙吸泵正確的管路配置方式Fig.5 Correct Suction and discharge pipelines layout for double entry pumps

圖6 雙吸泵葉輪進(jìn)口非對(duì)稱流動(dòng)引發(fā)漩渦[4]Fig.6 Asymmetric approach flow to double entry pump impeller and vortex generation

圖7 閉式離心葉輪后蓋板與泵體襯板間隙過(guò)小Fig.7 Too small clearance between impeller rear disc and pump cover surface

表3 是筆者總結(jié)歸納出的可能誘發(fā)水力激振過(guò)大的影響因素。

表3 可能引發(fā)過(guò)大水力激振的影響因素Table 3 Potential causes induced pump excessive vibration stems from hydraulic excitation

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）無(wú)論是泵設(shè)備的設(shè)計(jì)制造企業(yè)，還是負(fù)責(zé)泵設(shè)備工程應(yīng)用的工程公司，以及泵設(shè)備的最終用戶都應(yīng)盡量充分了解可能導(dǎo)致泵在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生振動(dòng)偏大的影響因素，做到提前統(tǒng)籌預(yù)防，避免振動(dòng)偏大導(dǎo)致故障發(fā)生。

（2）在所有導(dǎo)致泵振動(dòng)偏大的因素中，流固耦合引發(fā)的水力激振是最難以解決的問(wèn)題，因此更應(yīng)避免。

（3）雖然振動(dòng)頻譜儀之類振動(dòng)分析設(shè)備可以檢測(cè)出泵設(shè)備的振動(dòng)頻譜分布，但仍需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師或設(shè)備管理人員給出正確的診斷分析，在工程實(shí)際中，振動(dòng)分析儀所給出的標(biāo)準(zhǔn)式“診斷結(jié)論”只能用于參考。