离心泵的振动分析及预防措施

贾鲁男++马雪峰

摘要：振动故障是离心泵常见故障之一。受驱动电机、泵内流体和管道的影响，振动的发生往往伴随多重因素的叠加和多种原因的共同作用。本文就离心泵的振动分析及预防措施进行分析。

关键词：离心泵；振动；措施

一、介质流量

（一）典型现象

泵在设计流量下运行时，振动不超标，随着流量的大幅降低或提高，泵的两端轴承及出口管线振动强烈。泵体内会发出往复机似的噪音。流量正常时，振动和噪音也恢复正常。

泵体，尤其是内侧轴承座水平方向的振动明显大于垂直和轴向振动的增大值。长时间运行，泵内叶轮、平衡盘、级间衬套、中段等会磨损。对单级双吸泵，轴向的高频振动使轴承损坏、叶轮口环成对称偏磨，泵体口环偏磨，严重时将导致轴承断裂。

（二）原因分析

任何一台离心泵都有一个最佳工作范围，体现在泵的性能曲线上。

离心泵的振动随流量而变化，通常在最佳效率点流量附近其值最小，并且随着流量的增大或减小而增加。从最佳效率点流量起，振动随流量的变化取决于泵的能量密度、比转速及汽蚀比转速。通常，振动的变化量随能量密度、比转速及汽蚀比转速的增加而增加。离心泵除了有在性能曲线上标注的最小连续流量外，还有一个最小连续热流量。泵在小流量条件下运行时，部分液体的能量转变为热能，使进口处液体的温度升高，当液体温度使有效汽蚀余量等于或小于泵必须汽蚀余量时，就会产生汽蚀现象。

在正常流量下，泵本身的自动平衡盘能很好平衡转子轴向力。但流量过低时，由于轴向力的增大，自动平衡盘就不能将转子的轴向力平衡掉，使转子受到一个指向叶轮入口方向的轴向作用力，造成转子向前窜动，转子、平衡盘等部件严重磨损。轴向介质的入口冲角与转子叶片的安装角偏差较大，也会产生冲击，引起强振。

对单级双吸泵，当实际流量小于设计流量时，泵体内蜗壳的流道截面积显得过大，使流体流动速度减小，叶轮出口的绝对速度增加，且方向发生改变。这样，蜗壳内的液体与叶轮出口的液体相遇时，因速度大小和方向不同而产生撞击，使得蜗壳内液体压力不断增高，从而破坏了蜗壳内液体流动压力的轴对称性。此外，由于蜗壳内压力分布不均匀，壳内流体对流出叶轮的流体所起的阻碍作用也不同，使得沿叶轮四周的液体给叶轮的力和方向也不同，引起偏振。

（三）解决方案

泵的运行應处于优先工作区。此工作区位于所提供叶轮的最佳效率点流量的70%～120%区间内。额定流量点应当位于所提供叶轮最佳效率点流量的80%～110%区间内。

如果无法避免小流量操作工况，可从泵出口引一条最小回流线，到泵入口的容器内。如果是饱和态液体，应注意返回线不可直接接到泵的入口处，以免过热的出口介质加热入口介质，引起汽蚀。但回流的介质使泵做了无用功，增加了装置能耗。

也可以在保持蜗壳不变的情况下，通过改变叶轮参数来改变泵的输出流量。通过对叶轮的进出口角度进行修改，可减小作用在叶轮上的径向力，减小振动。

二、液体停留时间

（一）典型现象

容器内压力和液位都很稳定，但泵内有噼噼啪啪的声音，泵体振幅大。随着流量的增大，泵入口压力有下降趋势，直到泵发生汽蚀现象。该现象多发生在泵入口容器有气液两相物流进入时。

（二）原因分析

气液两相流进入容器时，都需要一个分离时间，才能使气体从液体中彻底分离出来。液体的停留时间，通常大于1min。如果液面比较低，当物流直接对准出口破沫器冲下，会形成物流短路，造成局部物流的停留时间缩短。如果停留时间不够，则气泡来不及从液体中逃逸，会随液体一起进入泵腔。随着流速的增加，裹夹的气泡量增加，管路系统压力降增加。当泵入口压力低到饱和蒸气压时，会发生汽蚀现象。

当容器内液位高于两相流体的入口管时，冲入的流体对容器内液体起了搅拌混合作用，形成泡沫，造成假液位，通常看到玻璃板液位计的液面很稳定，但实际上泡沫层已经很高。这种现象多发生在易起泡的体系。

（三）解决方案

提高容器的液面高度，增加停留时间，通常是有效的解决方案。在两相流入口增加导流器，可以提高气液分离的效率，减少气泡夹带，同时避免流体直接对容器出口破沫器冲击，也可以避免该现象的发生。操作时应避免容器内液位超过两相流入口管的下部。

三、叶 轮

（一）典型现象

在带负荷试车时，无论是小流量工况还是满负荷运行，泵的进出口管线均表现很大的振动。振动为时大时小，呈间歇性。泵的进出口管线压力表和出口流量表指针摆幅大。通过听棒听到的管道中流体声不均匀、不稳定。降低扬程，情况没有改变。采用压力传感器直接对管道中的流体进行压力脉动测试，可发现流体压力脉动不均匀度过高。

（二）原因分析

该振动不是机械振动的传递，而是流体压力脉动的结果。脉动流遇到管线的直角弯头时，流体对转弯处管壁产生很大的力。当流体遇到阀门或变截面管等收缩的地方，也会产生很大的流体冲击力。流体压力脉动会引起管道中流量的脉动变化。

流体压力脉动来源于泵的设计。为了降低叶片泵导叶上产生的不稳定力，必须使叶轮叶片数和导叶叶片数互为质数。如果他们之间有公约数，会使流出叶轮叶道各出口点处的流速和压力很不均匀，流体冲击在导叶上，将产生一个较强的交变作用力。另外，叶轮出口处不均匀的流速在导叶上形成较严重的边界层和分离漩涡，会导致流体流出泵以后产生压力脉动。

（三）解决方案

应对泵的转子和静子部件进行改造。如改变叶轮叶片数，使叶轮叶片数和导叶叶片数互为质数。精心设计流道的各个部分，从根本上消除流体的压力脉动。另外，轴承和滚珠等部位磨损应及时处理。

四、临界转速

（一）典型现象

多发生在多级泵上。刚投用时，泵本身的振动幅度大。平衡盘、平衡套、密封环经常严重磨损，轴弯、密封泄漏等故障经常发生。

（二）原因分析

湿态临界转速与实际运行转速接近时，泵极易产生共振。临界转速与泵轴设计有很大关系。泵轴的长度过长，长径比偏大，抗干扰能力差。在外力矩的作用下，泵轴很容易发生弯曲，导致口环上、下间隙不均匀，产生振动。

（三）解决方案

加粗轴径，尽量减少级数，使动平衡结构更加合理，保证湿态临界转速远离实际运行转速。泵出厂前应在工作转速下进行动平衡试验。

五、结束语

泵机组振动是一个综合性的问题，它与设备设计水平、驱动机选型、工厂制造与测试、现场安装调试、日常维修保养等都有很大关系。离心泵振动控制与成因查找综合反映了现场技术人员的设备维护和管理水平。实际工作中，排除振动要结合经验和理论分析，将振动机理分析和实际检测仪器得到的数据结合起来。

参考文献：

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