張迪

（中海油石化工程有限公司，山東濟南 250000）

[關(guān)鍵字] 單螺桿泵；失效分析；高振動

1 前言

單螺桿泵又稱為偏心轉(zhuǎn)子泵，具有流量均勻、輸出壓力穩(wěn)定、自吸能力強、噪音低等有點，且可用于輸送含固體的介質(zhì)及不同粘度的介質(zhì)，對于輸送含固態(tài)物的污油、污水等介質(zhì)的工況，具有不易替代的作用[1]。

伊拉克某油田脫氣站閉排系統(tǒng)采用了立式單螺桿泵輸送閉排罐內(nèi)污油水介質(zhì)，立式螺桿泵由電動機、減速機、軸承箱等驅(qū)動，部件安裝于閉排罐頂部。泵定子、轉(zhuǎn)子及排液室均位于罐內(nèi)，閉排泵吸入口位于罐底液面以下，且泵入口法蘭在徑向被安裝在罐底的環(huán)形支座束縛，減小長軸泵底部徑向擺動。立式螺桿泵設(shè)計參數(shù)如下：額定流量50m3/h，額定運行壓力2.0MPa，額定功率為45kw，驅(qū)動裝置采用了工頻電機，額定轉(zhuǎn)速為310rpm。

閉排泵以水作為介質(zhì)進行單機試運行時發(fā)生劇烈振動，本文從單螺桿泵振源分析入手，對立式螺桿泵振動超標問題進行了深入分析，找出劇烈振動主因，提出了切實可行的改造方案，改造后振動大幅度降低，滿足長周期運行需求。

2 閉排泵試運行狀況

閉排泵采用水做為試車介質(zhì)，試車過程按照GBT29531《泵的振動測量與評價方法》[2]進行測量，測量位置見圖1：

圖1 立式螺桿泵振動測點及方向

泵啟動后振動劇烈，采用手動測振儀檢測1、2、3、測點振動值分別為：17.6mm/s、13.5mm/s、10.6mm/s。

GBT29531在評價泵的振動級別時將泵按照中心高度（立式泵出口法蘭密封面到泵軸線間的投影距離）和轉(zhuǎn)速分為四類，本文中閉排泵應(yīng)歸為第一類泵，按照最低C級合格指標，泵各位置振動值不應(yīng)超過2.8mm/s，無論從現(xiàn)場觀感還是實測數(shù)據(jù)來判斷，閉排泵都無法通過測試驗收。

JBT8466《單螺桿泵》[3]機械行業(yè)規(guī)范對泵振動評價進行轉(zhuǎn)速和流量分類，本文所述閉排泵屬于第三類泵，按照最低C級振動合格指標，泵各位置振動值不應(yīng)超過7.1mm/s，該標準對振動值要求較低，但實測振動值依然超標。

3 振動原因分析

單螺桿泵振動超標的原因眾多，常見的原因如下：泵與電動機不同心；螺桿泵與襯套不同心或間隙大、偏磨；泵內(nèi)有氣；安裝高度過大導致泵汽蝕；泵筒內(nèi)進入異物等情況?，F(xiàn)場對如上因素逐一進行排查，對閉排泵進行拆解檢查，裝配及安裝均符合技術(shù)要求[4]。重新復核閉排泵出廠測試報告發(fā)現(xiàn)，閉排泵在工廠以平臥式平臺進行測試，測試過程對泵筒進行了多點剛性束縛，而測試過程中振動值最大處為5.7mm/s，超過GBT29531允許值，而廠家以單螺桿泵標準通過了出廠驗收?，F(xiàn)場單機試運時在出口壓力為0.8MPa的工況下運行，電機運行電流為44A，與工廠測試相同工況時的45A相差很小，綜合判斷泵組的泵送原件沒有發(fā)生故障。

單螺桿泵由于轉(zhuǎn)子在橡膠定子中做自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的行星運動，分別產(chǎn)生轉(zhuǎn)動慣量和離心力，進而引發(fā)振動。設(shè)轉(zhuǎn)子偏心距為e，轉(zhuǎn)子離心力為F，轉(zhuǎn)子質(zhì)量為m，轉(zhuǎn)速為n，則可近似得出式（1）

轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力受泵外筒及剛性固定點束縛，如離心力過大則泵會產(chǎn)生難以控制的振動。從式（1）可以看出，轉(zhuǎn)速對于單螺桿泵振動影響最大，其次是轉(zhuǎn)子質(zhì)量及轉(zhuǎn)子偏心距?？朔x心力的泵筒剛度及剛性固定束縛點數(shù)也對振動有較大影響[5]。

工廠測試過程中對如下圖2所示A、B、C、D、E五個點均進行剛性固定，而現(xiàn)場安裝后僅B和E兩固定點束縛，因而造成現(xiàn)場單機測試振動值遠高于工廠測試。

圖2 閉排泵剛性束縛點

4 改造方案分析

鑒于閉排泵轉(zhuǎn)子質(zhì)量及偏心距無法改動，因此改造方案以提高泵整體剛度、增加束縛點為主線，以達到滿足要求較低的JB8466標準允許值為改造目標。

由于閉排罐內(nèi)表面已完成內(nèi)防腐，內(nèi)部無法進行焊接作業(yè)，且考慮罐底部已有束縛點，因此第一次改造方案主要增加泵地面以上部分剛度及剛性束縛點數(shù)，具體方案見下圖3，斜撐與地面混凝土基礎(chǔ)固定。

圖3 外部支架改造圖

改造完成后進行二次試運行測試，按照圖1測點1、2、3處振動值分別為6.8mm/s、5.7mm/s、4.5mm/s，改造后振動值顯著降低，符合JB/T8644標準相關(guān)要求，閉排泵生廠商技術(shù)人員認為該測試結(jié)果符合技術(shù)要求，因此持續(xù)進行4小時機械運轉(zhuǎn)試驗，在測試運轉(zhuǎn)后期泵體突然發(fā)生劇烈振動。

將泵拆卸后發(fā)現(xiàn)，罐底部用于束縛泵筒的支座發(fā)生斷裂，泵筒與泵安裝面板的焊縫出現(xiàn)裂紋，見圖4、圖5。

圖4 支座金屬斷裂

圖5 泵套筒焊縫裂紋

為了進一步降低振動，只能采用降低泵轉(zhuǎn)速方案。經(jīng)工藝技術(shù)人員核算，泵轉(zhuǎn)速降低至210rpm時，泵流量可以達到30m3/h，可以滿足排液需求。通過更換低速電機，將泵轉(zhuǎn)速降低至210rpm后再次測試，1、2、3點處振動值分別為1.3mm/s、1.0mm/s、0.6mm/s，振動烈度低于GBT29531標準規(guī)定的要求，滿足長周期穩(wěn)定運行條件。

結(jié)論

單螺桿泵振動原因眾多，本文所述立式螺桿泵為泵本體設(shè)計剛度不足、設(shè)計轉(zhuǎn)速過高原因?qū)е抡駝映瑯?，?jīng)多次改造后最終滿足長周期穩(wěn)定運行條件。

實踐表明，長軸立式螺桿泵不宜單一采用JB/T8644振動標準進行測試驗收，應(yīng)根據(jù)泵的運行工況，綜合分析，制定合乎實際的振動狀態(tài)評價標準。