付 偉

（中國石油吉林石化公司有機(jī)合成廠，吉林吉林 132013）

0 引言

催化裂化機(jī)泵P-209 主要為該裝置油漿泵、回?zé)捰捅?、一中、柴油泵等高溫離心泵提供封油，因此，該泵的運(yùn)行情況直接關(guān)系到其他機(jī)泵能否正常使用，在生產(chǎn)運(yùn)行中有重要作用。該泵型號為DYⅡ-50×5，轉(zhuǎn)速2950 r/min，電機(jī)功率30 kW，揚(yáng)程250 m，最大允許汽蝕2.5 m。輸送封油介質(zhì)為柴油，溫度65 ℃，進(jìn)口為常壓，出口壓力為2 MPa。

該泵在2017 年5 月以前運(yùn)行相對比較平穩(wěn)，維修后都能在一定的周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。但是，2017 年5 月22 日，該泵出現(xiàn)后端密封泄漏，經(jīng)過維修更換密封后，出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)，再次對泵軸彎曲、葉輪平衡、基礎(chǔ)松動(dòng)等可能造成機(jī)泵振動(dòng)的設(shè)備本體部件質(zhì)量進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)直接導(dǎo)致故障的原因?；匮b試泵，振動(dòng)仍然沒有消除。此后多次大修，歷時(shí)3 個(gè)多月，更換了泵軸、葉輪、聯(lián)軸器、平衡盤等配件，仍解決該泵振動(dòng)超標(biāo)的故障，維修后最大振速有時(shí)可達(dá)25 mm/s，基本上不能滿足正常生產(chǎn)的要求。而且，備用泵、在用泵均存在相同的振動(dòng)表現(xiàn)，并有持續(xù)增大的現(xiàn)象。為此，進(jìn)行了逐步分析和故障原因的查找。

1 原因分析

1.1 產(chǎn)生振動(dòng)的原因

為了使分析更加有針對性，對臥式多級離心泵的振動(dòng)情況進(jìn)行了檢測，測點(diǎn)（主要分布在軸承處）分布如圖1 所示。其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ各測點(diǎn)均包含了水平和垂直兩個(gè)方向，多次檢測數(shù)據(jù)見表1。

圖1 機(jī)泵測點(diǎn)分布示意

表1 催化裂化裝置油漿泵振動(dòng)檢測記錄 mm/s

檢測結(jié)果顯示，臥式多級離心泵Ⅲ、Ⅳ兩側(cè)點(diǎn)處的振動(dòng)較大，且振幅從大到小的排列次序?yàn)棰?、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ。?jīng)電修人員檢查，電機(jī)完好，這充分說明臥式多級離心泵的振動(dòng)是由泵體內(nèi)部引起的。

根據(jù)已經(jīng)掌握的臥式多級離心泵的工作原理、振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理以及工作經(jīng)驗(yàn)，首先分析了引起該離心泵的振動(dòng)的原因有以下8 種可能：①機(jī)泵操作不當(dāng)，吸入柴油量少；②機(jī)泵與電機(jī)軸線錯(cuò)位偏心，即中心不正；③機(jī)泵地腳螺栓松動(dòng)或螺帽松動(dòng)、機(jī)泵轉(zhuǎn)子內(nèi)部組件松動(dòng)；④機(jī)泵的軸承支撐或定位不當(dāng)、潤滑不良，以及軸承的其他失效；⑤機(jī)泵與管線的固有頻率相同而產(chǎn)生振動(dòng)；⑥葉輪靜平衡被破壞或轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞；⑦機(jī)泵內(nèi)部的動(dòng)靜碰磨；⑧機(jī)泵內(nèi)部的轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)中受到了不平衡力的作用。

1.2 運(yùn)用排除法找出振動(dòng)的原因

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，在檢修中嚴(yán)格執(zhí)行檢修步驟，逐項(xiàng)對照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求，判斷測量，結(jié)合原因分析，逐條排除和消除故障原因。

首先對機(jī)泵進(jìn)行全面檢查：

（1）測量該泵軸彎曲度不大于0.05 mm。符合標(biāo)準(zhǔn)。

（2）測量葉輪口環(huán)間隙為，符合標(biāo)準(zhǔn)。

（3）葉輪和軸徑的配合間隙進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)間隙較大，軸徑和葉輪配合間隙達(dá)到了0.08～0.10 mm。更換了新葉輪，重新測量間隙，使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）對葉輪進(jìn)行了更換和靜平衡復(fù)查，未發(fā)現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。

（5）更換和檢查軸承完好，潤滑條件良好，軸承箱清理干凈。

（6）重新組裝完成后精找中心達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)（端面跳動(dòng)0.06 mm，徑向跳動(dòng)0.08 mm）。

（7）檢查地腳螺栓，緊固合適，沒有發(fā)現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。

其次，按照正常試泵程序，重新啟動(dòng)機(jī)泵，調(diào)整各運(yùn)行參數(shù)（油溫、進(jìn)口壓力、出口壓力、電流等）至正常范圍，泵體內(nèi)未有異響，在一定的時(shí)間段內(nèi)壓力未出現(xiàn)波動(dòng)變化，泵體的溫度也沒有變化趨勢。這說明工藝條件正常，但是機(jī)泵振動(dòng)雖然降低了，卻仍然超過了二級報(bào)警11 mm/s。

在機(jī)泵的運(yùn)行中也注意觀察機(jī)泵與管線是否發(fā)生共振，主要和旁邊機(jī)泵對比。這臺機(jī)泵旁邊機(jī)泵管線走向一致，但是旁邊機(jī)泵與管線沒有發(fā)生共振現(xiàn)象，而且管線在泵房上被橫梁固定，振動(dòng)沿管線向上呈逐漸減弱趨勢，這說明該泵也不存在機(jī)泵與管線的共振現(xiàn)象。

結(jié)合上面的原因分析和檢修過程，基本排除了①、②、③、④、⑤等引發(fā)振動(dòng)的原因，對于原因⑥，也僅僅做了葉輪靜平衡檢查。由于沒有動(dòng)平衡機(jī)，因此無法測量轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，但是可以進(jìn)行判斷。

該泵軸為一根軸徑基本相同的實(shí)心體，產(chǎn)生動(dòng)不平衡的殘余量很小，其余定位和安裝部件也基本為同心套類零件，一般情況下也不會(huì)導(dǎo)致動(dòng)不平衡，因此產(chǎn)生動(dòng)不平衡量的來源主要是葉輪，但是葉輪已經(jīng)更換新的，靜平衡也完成，暫時(shí)不考慮由此導(dǎo)致的動(dòng)不平衡，因此認(rèn)為該泵不存在動(dòng)不平衡量的因素。

再次解體，重新認(rèn)真檢查，未發(fā)現(xiàn)軸承和推力盤等有磨損或失效等缺陷，因此可以排除原因⑧。

因此，將主要的原因歸結(jié)到原因⑦：機(jī)泵內(nèi)部的動(dòng)靜碰磨導(dǎo)致了振動(dòng)的產(chǎn)生。根據(jù)實(shí)際維修經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)靜碰磨將會(huì)導(dǎo)致機(jī)體劇烈振動(dòng)，但是該封油泵沒有達(dá)到劇烈振動(dòng)的程度，然而葉輪在口環(huán)方面存在的偏磨，仍然是未解決的故障表現(xiàn)之一。

為了查找原因，將該泵轉(zhuǎn)子組件進(jìn)行組裝。轉(zhuǎn)子部件的測量標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 多級離心泵轉(zhuǎn)子跳動(dòng)度mm

當(dāng)把葉輪、葉輪定位套、軸承、軸承套、軸承定位套、軸承擋套和平衡盤，按照實(shí)際位置預(yù)裝到軸上，緊固兩端軸承背帽，以兩軸承為支撐點(diǎn)，轉(zhuǎn)子放在平臺上進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)中間葉輪口環(huán)徑向圓跳動(dòng)最大是0.50 mm，中間葉輪脖徑徑向圓跳動(dòng)最大是0.30 mm，越往兩邊葉輪口環(huán)、脖徑的徑向圓跳動(dòng)逐漸減小，并且在同一方向；平衡盤端面圓跳動(dòng)是0.20 mm，塞尺塞可塞入葉輪脖徑端面間，這說明葉輪脖頸端面間只有部分貼合。即在葉輪、軸套等在安裝后被軸承背冒緊固后軸產(chǎn)生了較大的彎曲，彎曲變形量0.50 mm 超過了葉輪的口環(huán)間隙0.40 mm，必然造成葉輪口環(huán)和殼體口環(huán)等之間的動(dòng)靜碰磨。

對于導(dǎo)致泵軸彎曲的原因，再次進(jìn)行分析測量，發(fā)現(xiàn)：該泵軸的鍵槽在同一方向，泵軸較細(xì)，容易彎曲形變；發(fā)現(xiàn)葉輪端面不平整；定位套和軸之間的配合間隙超標(biāo)；軸承定位套和軸間隙超標(biāo)、而且端面不平整；軸承背冒端面和軸心不垂直。因此在組裝后由于端面的不平整和間隙超標(biāo)導(dǎo)致了緊固力矩在各部件端面受力不均，產(chǎn)生彎曲，彎曲更加導(dǎo)致受力不均，因此最后形成較大的彎曲形變。

2 解決方法

根據(jù)判斷，葉輪、葉輪定位套、軸承、軸承套、軸承定位套、軸承擋套、軸套、平衡盤的端面與它們內(nèi)孔的不垂直，最終導(dǎo)致安裝出現(xiàn)問題造成轉(zhuǎn)子彎曲。對它們進(jìn)行重新加工和改造：

（1）軸承定位套、軸承套、軸承擋套和葉輪定位套進(jìn)行更換，重新加工。保證各部件端面與內(nèi)孔垂直度在0.02 mm。

（2）改造前葉輪定位套和軸是間隙配合-0.04～-0.06 mm，但這次改進(jìn)葉輪定位套和軸是過盈配合+0.04～+0.06 mm，采用提前將定位尺寸確定，熱裝葉輪定位套，并采用頂絲緊固進(jìn)行固定。

（3）將葉輪端面與內(nèi)孔修配垂直，軸套端面與內(nèi)孔修配垂直。

（4）先把葉輪定位套熱裝好，再把葉輪，軸承，軸承套，軸承定位套，軸承擋套，平衡盤，一一裝到軸上，緊固兩端軸承被帽。

（5）將轉(zhuǎn)子放在平臺進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)中間葉輪口環(huán)徑向圓跳動(dòng)最大是0.07 mm，平衡盤端面圓跳動(dòng)是0.03 mm，這樣就消除了轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)中的動(dòng)靜碰磨導(dǎo)致的不平衡力。

解決了葉輪和轉(zhuǎn)子組件的彎曲導(dǎo)致的振動(dòng)原因后，將平衡板安裝好，并采用壓鉛法將2 mm 粗的鉛絲放在平衡板工作面上。機(jī)泵預(yù)裝好后，在機(jī)泵后軸靠近平衡盤一側(cè)，使用螺距為1 mm 絲杠進(jìn)行壓緊軸，使絲杠旋轉(zhuǎn)一周。然后拆泵體進(jìn)行測量鉛絲厚薄差，再次發(fā)現(xiàn)平衡板偏0.50 mm。因此，制做偏墊子進(jìn)行調(diào)整，保證平衡盤端面與平衡板平行。

按照順序再次回裝，發(fā)現(xiàn)原來聯(lián)軸器傳動(dòng)柱銷磨損，更換改造為膜片聯(lián)軸器，精找中心達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3 運(yùn)行情況

在完成故障分析和排除，按照上述方案和步驟對該泵進(jìn)行了細(xì)致地檢修。檢修后試運(yùn)行，泵軸向振動(dòng)1.2～1.4 mm/s，機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)（表3）。根據(jù)測量結(jié)果，設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了完好標(biāo)準(zhǔn)，使用狀況優(yōu)良。

表3 2018 年1 月12 日油漿泵振動(dòng)檢測記錄mm/s

4 經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

針對催化封油泵振動(dòng)大的故障問題，在經(jīng)歷了多次大修仍未徹底解決，證明了以往常規(guī)檢修還有許多需要改進(jìn)的地方。以檢修實(shí)踐為指導(dǎo)，對故障原因進(jìn)行認(rèn)真的分析和排除，找出了故障根本原因，并最終解決了該泵振動(dòng)大的問題。本次維修，積累的多級離心泵的維修經(jīng)驗(yàn)和方法主要有以下4 個(gè)。

（1）引起多級離心泵振動(dòng)的原因有很多，上面對引發(fā)振動(dòng)的因素及其表現(xiàn)做出了盡可能多的分析，就希望在今后的檢修中據(jù)此分析原因所在，提高故障診斷效率。

（2）多級離心泵在大修后都需要做預(yù)裝，并測量葉輪口環(huán)、葉輪脖徑圓跳動(dòng)及平衡盤端面跳動(dòng)，保證轉(zhuǎn)子無靜平衡問題。

（3）依靠轉(zhuǎn)子部件軸上端面定位的多級泵，必須考慮并測量端面與內(nèi)孔的不垂直度，避免裝配時(shí)造成軸發(fā)生彎曲，引起振動(dòng)。

（4）在使用過程中，應(yīng)加強(qiáng)對多級離心泵維護(hù)和保養(yǎng)，防患于未然。

在運(yùn)行中，臥式多級離心泵還會(huì)出現(xiàn)許多方面的故障和問題，上面的分析和探討還存在諸多不足。而對催化封油泵檢修分析和故障解決，也說明在今后多級離心泵的檢修還有不斷改進(jìn)和總結(jié)的地方。為防止多級離心泵出現(xiàn)其他故障，根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)和對資料的學(xué)習(xí)，提出了相應(yīng)的預(yù)防和解決措施（表4）。

表4 多級離心泵的其他故障原因和解決措施