大型悬臂式离心泵故障分析及应对

张迪

（中海油石化工程有限公司，山东济南25000）

1 前言

伊拉克南部某油田水处理项目中注水装置新采购单级离心式输水泵（以下简称输水泵），用于给油田脱气站注水泵输送水源。该输水泵采用了API610[1]泵型中的OH2单级悬臂离心泵，配套额定功率为400KW的工频电机。泵的基本参数为：扬程H=184m，流量Q=450m3/h，转速N=2980rpm，供电电压V=11KV。

输水泵由鲁尔美国工厂负责生产，组装完成后在车间测试台进行了性能测试和4小时的机械运转测试，测试过程中先后出现不明原因的轴承箱振动超标，轴承箱油温超标问题。在历时一个多月的拆解、检测及反复测试后，最终均通过工厂测试。分析、解决问题的过程对于该类型泵的设计、测试运行均有一定的参考意义。

2 轴承油温偏高原因分析

输水泵将安装于伊拉克南部油田，该地区夏季最高气温高达50℃以上，可对机械设备的可靠性提出了更高的要求。在买、卖双方达成的技术协议中重点关注了机泵运行过程中轴承温度是否稳定，并要求卖方在工厂完成4小时的机械运转试验。通过测试发现，2台泵均在连续运行1小时后，润滑油温升超过40℃，温升超标无法通过测试。

买方与卖方共同就润滑油温升超标问题从以下几方面进行了分析[5]：

（1）轴承（轴承是否异常磨损、轴承座是否有磨损、轴承寿命分析）

（2）油封（油封是否存在磨损或泄露）

（3）润滑油（润滑油质量、润滑油液位及液位视窗高度）

通过拆解检查及复测发现，润滑油质量符合要求，液位计视窗高度正常。油封无可见磨损，见图1；轴承内外侧均未见异常磨损痕迹，见图2。

图1 轴承油封拆检

图2 滚珠轴承拆检

根据泵的运行工况，复核了轴承动载荷、等效载荷、转速等参数，重新计算轴承额定寿命，结果显示L10额定寿命超过100000小时，符合规范要求。进一步对轴承安装间隙测量，测量结果符合设计间隙公差。

综合分析各项轴承温度相关的影响因素后并未见异常，因此判断该型号单级大流量悬臂泵在该额定工况下具备轴承高能量负荷的特性。查阅资料发现大连恒力项目同类型泵在出厂测试时遇到过同样的问题，参考之前的解决办法，考虑增加轴承箱冷却装置。因该泵的安装位置附近无冷却水系统，因此采用轴承箱风扇冷却，风扇叶轮与主轴同轴回转。

加装冷却风扇后再次做机械运转试验，泵启动2.2小时后润滑油温度稳定不再上升，总的润滑油温升为35℃，未超过45℃，符合API610规定。

3 振动超标原因分析

离心泵的振动随着流量而变化，通常在最佳效率点流量附近其值最小[3]。API610将离心泵的工作流量范围分为“优先工作区”和“允许工作区”，要求在性能测试中测量相关试验点5Hz-1000Hz范围的全振动以及快速傅里叶变换（FFT）测量。卧式悬臂泵在“优先工作区”应确保轴承箱总振动测量均方根速度值小于3mm/s，FFT滤波振动值小于2.01mm/s。

针对输水泵的性能测试，机泵在额定工况下轴承箱位置水平径向总振动测量值为4.97mm/s，明显超出API610所规定的3.0mm/s。如该方向振动频谱图3可见，水平方向滤波振动值为4.33mm/s，出现在1倍频50Hz附近，同样严重超出规范要求的2.01mm/s。

图3 首次测试振动频谱

频谱分析方法根据频谱图中频率分布特性，可有效判断振源[4]。该泵仅在1倍频振动超标，同时伴随轴向振动较小，频谱分析理论一般认为该泵可能存在转子不平衡的问题。

基于以上分析，项目组对机泵拆检后对轴承箱进行了彻底的冲洗，同时对转子、联轴器短节重新进行动平衡检测，检测结果显示转子动平衡略微超过API610所要求的ISO 1940-1 G2.5级。详细检验转子各部件未发现局部损伤，因此通过对叶轮切割打磨调整转子平衡，最终保证了转子动平衡符合要求。

再次完成对中检测后，重新对该泵进行了性能测试，测试结果显示各方向振动均有改善，但水平方向振动依然超标。额定工况下轴承箱水平径向总振动检测值为3.84mm/s，该方向滤波振动值为2.89mm/s，均超出规范要求。如下方图4频谱图所示，振动主要集中于1倍频。

图4 二次测试振动频谱

综合分析影响机泵振动的各种因素，考虑该泵试验过程中可能存在共振。[2]该泵一直在工厂卧式泵标准试验台进行测试，采用频谱仪在轴承箱位置通过锤击激励检测到该泵与试验台及管路系统组合体的固有频率接近该泵额定工况运转频率，共振是振动超标另一原因。

为了消除共振的影响，将该泵安装至工厂的高功率机泵专用实验台，测试结果显示轴承箱水平方向总振动降至2.23mm/s，滤波1倍频振动值降至1.66mm/s，均符合API610规范要求，顺利通过了最终测试，频谱图见下方图5。

图5 最终测试频谱图

综上分析，该泵振动超标是由转子不平衡和共振两种因素混合叠加造成的，在重新完成动平衡并更换试验台后振动问题得到了有效解决。

4 结语

轴承箱油温和振动超标是化工离心泵在性能测试过程中最常遇到的两个问题，而这两项因素又对泵的长周期稳定运行至关重要，因此必须在出厂性能试验和现场单机试运过程中重点关注。本文所述的OH2悬臂泵在石油化工行业应用广泛，分析过程中所遇到油温升高过快、不平衡及共振问题都较为典型，问题的分析过程和解决方法对于今后同类泵具有较强的借鉴意义。