屏蔽泵的振動(dòng)原因分析及解決對(duì)策*

李偉明，李 寧，段志宏，關(guān)詩(shī)明

（廣東石油化工學(xué)院廣東省石化裝備故障診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東茂名 525000）

0 引言

屏蔽泵把泵和電動(dòng)機(jī)都封閉在殼體內(nèi)，無(wú)傳統(tǒng)的密封裝置，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)泄漏輸送流體［1］，所以屏蔽泵常用于核電站與石油化工企業(yè)進(jìn)行放射性、有毒有害液體的輸送。同時(shí)，屏蔽泵輸送的介質(zhì)亦作為泵的冷卻劑及潤(rùn)滑劑，大大節(jié)省了冷卻及潤(rùn)滑的費(fèi)用［2-4］，這使得屏蔽泵的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而，由于屏蔽泵運(yùn)行工況的苛刻性，難免會(huì)發(fā)生故障，許多企業(yè)為了省事，當(dāng)泵出現(xiàn)故障時(shí)，都是直接更換或簡(jiǎn)單處理便恢復(fù)生產(chǎn)［5］。

屏蔽泵的故障多表現(xiàn)為振動(dòng)，而動(dòng)平衡則是引起振動(dòng)的主要原因。轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的研究已經(jīng)超過(guò)百年，基礎(chǔ)理論已經(jīng)相當(dāng)成熟，動(dòng)平衡機(jī)就是理論轉(zhuǎn)為工程應(yīng)用的成果轉(zhuǎn)換。然而，現(xiàn)在的工程應(yīng)用大多只是簡(jiǎn)單地進(jìn)行轉(zhuǎn)子校正，并沒(méi)有對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因進(jìn)行相應(yīng)分析，以致于屏蔽泵的故障不定時(shí)發(fā)生。倘若要避免安全事故的發(fā)生，對(duì)這些故障進(jìn)行深入地研究就顯得很有必要，并據(jù)此做好一些應(yīng)對(duì)工作［6］。

1 屏蔽泵常見(jiàn)故障類型

屏蔽泵主要由泵體、轉(zhuǎn)子、定子、葉輪、石墨軸承、推力盤(pán)及屏蔽套等組成，按工作原理是屬于離心泵的一種，只是把動(dòng)密封改成靜密封，利用屏蔽套隔開(kāi)了轉(zhuǎn)子與定子［7］。由于屏蔽泵長(zhǎng)期在高溫、高壓、腐蝕環(huán)境下工作，常會(huì)出現(xiàn)以下幾種故障。

（1）軸承長(zhǎng)期工作中的磨損，或機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入屏蔽泵引起磨損，導(dǎo)致泵不能正常運(yùn)行。

（2）輸送介質(zhì)流量過(guò)低時(shí)，屏蔽泵運(yùn)行產(chǎn)生的熱量未能及時(shí)被循環(huán)液帶走，導(dǎo)致軸承表面溫度上升，使軸承抱死。

（3）葉輪被輸送介質(zhì)腐蝕，引起轉(zhuǎn)子不平衡而導(dǎo)致泵不能正常運(yùn)行。

從相關(guān)資料來(lái)看，轉(zhuǎn)子與定子間的屏蔽套刮磨、口環(huán)刮磨、汽蝕、地腳螺栓松動(dòng)等故障都出現(xiàn)過(guò)［8-9］。

2 案例分析

某石化廠苯乙烯車間采用上海日機(jī)裝牌SGM系列屏蔽泵輸送苯乙烯，自2007 年12 月開(kāi)始投用至今，其性能參數(shù)如表1所示。

表1 SGM系列屏蔽泵性能參數(shù)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)概況

2019年11 月初，巡檢人員在例行巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)GA-205屏蔽泵聲音異常，且壓力表壓力波動(dòng)較大，隨即使用便攜式測(cè)振儀進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在垂直方向振動(dòng)值達(dá)5.9 mm/s，最大振動(dòng)值測(cè)點(diǎn)如圖1 所示。經(jīng)班組技術(shù)人員商討決定采取保護(hù)措施，緊急切換備用泵。

圖1 最大振動(dòng)值測(cè)

圖2 轉(zhuǎn)子外觀圖

對(duì)GA-205泵進(jìn)行拆解檢查，如圖2 所示，發(fā)現(xiàn)葉輪處有輕微的不均勻損傷。為防止轉(zhuǎn)子因不平衡振動(dòng)引起事故，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員將該轉(zhuǎn)子送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行平衡校正。

2.2 轉(zhuǎn)子校正過(guò)程

轉(zhuǎn)子的校正分為離線平衡校正和在線平衡校正，因現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校正需要?jiǎng)踊鹱鳂I(yè)，危險(xiǎn)程度較高，若非特殊情況，一般都是將轉(zhuǎn)子拆卸下來(lái)送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行離線動(dòng)平衡校正。在平衡校正過(guò)程中，主要通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行加重或去重來(lái)解決不平衡問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于有兩個(gè)平衡面的轉(zhuǎn)子采用動(dòng)平衡校正，而只有一個(gè)平衡面的則采用靜平衡校正。

（1）靜平衡校正

針對(duì)屏蔽泵轉(zhuǎn)子與電機(jī)直接連接，沒(méi)有對(duì)輪的情況，而葉輪兩面距離也較小，據(jù)此，首先考慮對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行靜平衡校正。經(jīng)測(cè)量，轉(zhuǎn)子總長(zhǎng)為442 mm，質(zhì)量為12 kg，最大直徑為204 mm。上機(jī)測(cè)定（本測(cè)試均采用德國(guó)申克公司臥式動(dòng)平衡機(jī)HN4BU）得到初始不平衡值為13.2 g，如圖3 所示。因葉輪直徑較小，且葉片厚度較薄，為不影響葉輪的工作強(qiáng)度，去重時(shí)采用兩葉片寬角度同時(shí)去重，校正后的不平衡值為0.638 mg，如圖4所示。

圖3 轉(zhuǎn)子初始不平衡量

圖4 轉(zhuǎn)子校正后不平衡量

回廠安裝試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)、噪聲和壓力波動(dòng)并無(wú)明顯改善，仍需對(duì)該泵的振動(dòng)原因進(jìn)一步作分析探討。

（2）現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡測(cè)試

為了解決泵的故障問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)泵進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。由圖5所示的圖譜可知，振動(dòng)最大值仍然有5.149 mm/s，1 倍頻比較突出，2倍頻、3倍頻相對(duì)較小，由此可以確定轉(zhuǎn)子主要是由于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡引起，因此再把轉(zhuǎn)子拆卸下來(lái)，進(jìn)行動(dòng)平衡校正。

圖5 靜平衡校正后的現(xiàn)場(chǎng)頻譜圖

（3）動(dòng)平衡校正

雖然轉(zhuǎn)子組件的直徑相對(duì)葉輪較小，但其內(nèi)含軸、線圈等轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量占整個(gè)轉(zhuǎn)子質(zhì)量份量較大，如果不考慮轉(zhuǎn)子組件而單獨(dú)進(jìn)行葉輪靜平衡校正，對(duì)消除轉(zhuǎn)子振動(dòng)并不能取得較好的效果。因此，必須對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡校正。

因轉(zhuǎn)子組件直徑過(guò)小，如果進(jìn)行去重，極有可能損傷內(nèi)部線圈。因此，本次動(dòng)平衡校正采用加重的方式進(jìn)行，如圖6所示。

圖6 動(dòng)平衡校正面的確定

經(jīng)上機(jī)測(cè)定，轉(zhuǎn)子組件處應(yīng)加重15.1 g，葉輪處應(yīng)加重11.1 g，平衡等級(jí)已經(jīng)大于G6.3，不符合安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

在焊接之前，在轉(zhuǎn)子組件與葉輪處用膠水貼緊配重件進(jìn)行試配重，以防焊后不可復(fù)原。當(dāng)試配重發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子運(yùn)行平穩(wěn)，且不平衡量等級(jí)低于G2.5 后，即可進(jìn)行焊接，如圖7所示。焊好后再上機(jī)測(cè)定，轉(zhuǎn)子組件不平衡量為0.308 g，葉輪處不平衡量為1.56 g，已經(jīng)達(dá)到安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，可回廠安裝運(yùn)行。

圖7 動(dòng)平衡校正情況

回裝后試運(yùn)行，泵運(yùn)行正常，振動(dòng)值為2.0 mm/s，現(xiàn)場(chǎng)噪聲明顯變小，壓力也恢復(fù)在正常波動(dòng)范圍。

后經(jīng)與現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)員溝通，對(duì)屏蔽泵入口濾網(wǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)存在破損的情況，對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行更換處理后，屏蔽泵再投入運(yùn)行。

2.3 結(jié)論與分析

對(duì)SGM系列屏蔽泵本次故障綜合分析，可分為葉輪損傷的原因分析與轉(zhuǎn)子不平衡引起振動(dòng)問(wèn)題的解決分析，并據(jù)此提出了以下解決措施。

（1）針對(duì)葉輪產(chǎn)生損傷的原因分析。因?yàn)槠帘伪萌荛]運(yùn)行，外部雜質(zhì)是無(wú)法進(jìn)入泵體的，因此，葉輪的刮傷可能是輸送介質(zhì)帶來(lái)的雜質(zhì)摩擦產(chǎn)生，或軸承磨損磨粒對(duì)葉輪造成損傷。輸送介質(zhì)帶來(lái)的雜質(zhì)能進(jìn)入泵體，應(yīng)是泵入口處的過(guò)濾網(wǎng)破損引起；而軸承磨損應(yīng)是潤(rùn)滑不良引起，潤(rùn)滑不良則說(shuō)明流量不足，極有可能是因?yàn)闉V網(wǎng)堵塞。為了防止葉輪再次受到損壞，應(yīng)定期對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換或清洗。

（2）針對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡引起振動(dòng)問(wèn)題的解決分析。當(dāng)屏蔽泵的運(yùn)行噪聲增大、泵體振動(dòng)異常、出口壓力波動(dòng)大等，可以先在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行頻譜測(cè)試，確認(rèn)是否由于轉(zhuǎn)子不平衡引起。對(duì)于轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子組件的質(zhì)量占整個(gè)轉(zhuǎn)子質(zhì)量比重較大時(shí)，則不能因其直徑較小而忽略，應(yīng)與葉輪一起作為平衡面進(jìn)行平衡校正。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次對(duì)屏蔽泵的故障處理，發(fā)現(xiàn)泵的壓力、振動(dòng)及聲音等能及時(shí)反映屏蔽泵的早期故障，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)按時(shí)巡檢，若發(fā)現(xiàn)壓力、振動(dòng)及聲音有異常，可通過(guò)頻譜儀進(jìn)一步測(cè)試，確定具體的故障原因。在處理故障后，也應(yīng)對(duì)故障的根本原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決措施及維護(hù)建議，這將有助于企業(yè)安全、平穩(wěn)地生產(chǎn)，降低企業(yè)的運(yùn)行成本。