水平中開式多級離心泵運轉(zhuǎn)高振的分析與處理

Summary：水平中開式多級離心泵已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)，如何能減少甚至避免運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)能的異常高振動就成為了亟需解決的課題。本課題的研究，基于某企業(yè)外輸泵出現(xiàn)高振動故障，經(jīng)過多方面的分析排查與處理，發(fā)現(xiàn)了問題所在，保證了設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。離心泵在運動的過程中，旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件之間的相對運動會產(chǎn)生動靜干涉作用。動靜干涉作用會導(dǎo)致壓力脈動，從而誘發(fā)水力激振，使得離心泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動。振動不僅會對結(jié)構(gòu)的完整性以及穩(wěn)定運行性構(gòu)成重大威脅，還會產(chǎn)生噪聲，嚴重影響離心泵的使用效率和工作環(huán)境。因此，對水力激振作用下離心泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)振動的研究具有非常重要的意義。Keys：離心泵；振動；分析引言離心泵異常振動不僅會降低設(shè)備運行效率，縮短設(shè)備零部件使用壽命，嚴重時甚至迫使水泵停機。離心泵異常振動誘因較多，且大多呈現(xiàn)非線性非平穩(wěn)特性，為離心泵故障診斷帶來了一定困難。如何從異常振動信號中提取其故障特征，向來是科研人員研究的熱點問題之一。采用時域和頻域分析方法提取離心泵故障特征并證明了其有效性;分別針對離心泵、混流泵振動信號進行EMD分解，進而提取了水泵振動信號的特征向量;對離心泵地腳螺栓松動進行頻譜分析，并成功提取出相應(yīng)的故障特征信息。上述非線性分析方法在提取離心泵振動特征研究中取得了一定的成果，但隨著監(jiān)測水平及故障診斷要。1離心泵流致振動方法探究本文以工程葉片離心泵為研究對象，通過得到相關(guān)水力模型數(shù)據(jù)，建立了流場計算模型。該流場計算模型在蝸殼和葉輪的基礎(chǔ)上特別添加了入口管和出口管，使得流體能夠充分發(fā)展，避免發(fā)生回流現(xiàn)象，流場計算更容易收斂。離心泵的流致振動分析首先需要考慮如何將流體載荷映射到結(jié)構(gòu)上。本文綜合各方面因素，以分布力加集中力的加載方式完成流體載荷的映射，將在入口管、蝸殼以及出口管部件上施加流體分布力，葉輪部件上施加集中力。對于分布力，首先在流場計算模型中布置大量空間監(jiān)測點，然后獲取流場計算后各監(jiān)測點的壓力時程數(shù)據(jù)，之后將壓力時程數(shù)據(jù)積分得到力時程數(shù)據(jù)，最后通過加載方向和加載節(jié)點坐標完成單個分布力的加載。對于集中力，首先在流場計算中獲取葉輪各個部件的各向集中力以及集中扭矩的時程數(shù)據(jù)，然后在葉輪結(jié)構(gòu)上選取對應(yīng)節(jié)點直接施加集中力，最后將扭矩等效為力施加到對應(yīng)節(jié)點上。圖中箭頭表示受力方向。2離心泵流致振動分析建立離心泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有限元模型。300Hz范圍的頻率將包含流體激勵的主要頻率特征，故模態(tài)計算提取到前600Hz的固有模態(tài)，因此本文計算到第26階固有模態(tài)，前26階固有頻率見表3。本文將計算時長為2s的結(jié)構(gòu)動力學響應(yīng)，而流場計算只有0.5s，提取整個流場中進入穩(wěn)定周期性變化的載荷數(shù)據(jù)，合理進行數(shù)據(jù)延拓。考慮20個數(shù)據(jù)點能夠較好地捕捉到一個周期，為獲取600Hz頻率的響應(yīng)，取時間步長為0.0001s，一共計算20000步，最后在基座板上提取節(jié)點1的Y向位移響應(yīng)數(shù)據(jù)。動力學計算方法采用模態(tài)疊加法，取前26階固有模態(tài)。3故障診斷與處理(1)氣蝕的分析與處理。在正常流量條件下，離心泵正常運行時不會產(chǎn)生高振動。但是，如果流量過低，則會在管道中形成壓力差，使物質(zhì)蒸發(fā)，引起氣蝕問題，并引起泵的高振動。因此，應(yīng)將外送泵C進口處的過濾器排空，打開過濾器頂蓋，取出濾網(wǎng)仔細檢查。濾網(wǎng)應(yīng)清潔無明顯污垢堵塞，過濾器底部無異物。過濾網(wǎng)應(yīng)沖洗并重新安裝。將過濾器注滿液體并在頂部排出空氣以待用。(2)泵出口管路氣囊分析處理。一般在泵啟動前，液體會進入并被排空，但很難將泵組內(nèi)的空氣全部排出。泵啟動時會形成氣囊，引起管路壓力波動和振動。為此，應(yīng)在泵組頂部安裝排空管道，將充滿液體的泵體排空。啟動泵組時，啟動小排量泵，緩慢增加管路壓力，減少壓力波動，然后將出口閥全開，保證運行平穩(wěn)。(3)泵體和電機地腳螺栓松動的分析處理。離心泵是一種高速運轉(zhuǎn)的設(shè)備，在運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生一定幅度的振動。如果泵體或電機地腳螺栓松動，會降低約束剛度，加劇振動，使設(shè)備因故障停機。檢查出口泵C和電機的地腳螺栓，未發(fā)現(xiàn)松動。(4)機組振動探頭故障誤報分析處理：根據(jù)故障現(xiàn)象和振動計測得的振動（最大振動值可達12.4mm/s），排除原因。為了安全起見，請檢查并確認振動探頭是否正常。(5)單元對位缺陷的分析處理。單元對準不良是單元高振動的誘因之一。檢查單元對齊。垂直偏差為0.02mm/0.01mm，水平偏差為0.00mm/0.01mm，滿足要求。(6)耦合和耦合問題的分析和處理。聯(lián)軸器連接泵軸和電機輸出軸，通過電機輸出旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動泵軸旋轉(zhuǎn)并傳遞扭矩。聯(lián)軸器及支撐彈性膜片、阻尼橡膠圈、螺栓等任何異常都會引起機組的高振動。如果聯(lián)軸器與軸的配合間隙過大，會損壞彈性銷，也會引起機組的高振動。拆下聯(lián)軸器護罩，拆下聯(lián)軸器，仔細檢查聯(lián)軸器、彈性膜片、阻尼膠圈、螺栓等，未發(fā)現(xiàn)損壞。檢查兩端的聯(lián)軸器、彈性銷和配合間隙是否正常，無明顯磨損。4離心泵流場分析在流場計算模型的基礎(chǔ)上，采用多重參考系模型以及滑移網(wǎng)格技術(shù)完成離心泵的流場計算。首先進行流場穩(wěn)態(tài)計算，將穩(wěn)態(tài)計算收斂的結(jié)果作為瞬態(tài)計算的初始條件，以便瞬態(tài)計算可以獲得一個比較好的收斂環(huán)境。提取計算所得的揚程以及效率值并與額定工況值進行對比，工況1與工況2的計算結(jié)果都存在一定誤差，但誤差均在8%以內(nèi)。從定性的結(jié)果來看，該流場模型滿足計算要求。相比工況2，工況1的誤差值相對較小。計算進入穩(wěn)定之后，提取11個監(jiān)測點兩個轉(zhuǎn)軸周期內(nèi)的脈動壓力進行分析示。蝸殼壁面上各監(jiān)測點的壓力具有很明顯的周期性脈動，每個監(jiān)測點都有12個波峰和波谷；對于壓力的大小，從蝸殼隔舌附近處的1號監(jiān)測點一直到11號監(jiān)測點都有所上升，對于壓力的脈動范圍，蝸殼壁面上的不同位置有所不同；蝸殼各監(jiān)測點之間存在著明顯的相位差。將壓力時程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域，蝸殼壁面各監(jiān)測點的壓力脈動以葉頻（290Hz）為主，同時壓力脈動頻率有葉頻的倍頻成分存在；蝸殼壁面不同位置監(jiān)測點的壓力脈動幅值都不一樣，這與監(jiān)測點到蝸殼隔舌的距離有一定的關(guān)系，明顯可見蝸殼隔舌較遠的5、6和7號監(jiān)測點的壓力脈動幅值較小，而離蝸殼隔舌較近的1、2、3和9號監(jiān)測點的壓力脈動幅值較大，這是由葉輪與蝸殼隔舌之間的動靜干涉作用導(dǎo)致的結(jié)果。結(jié)束語離心泵高振動是多方面原因?qū)е?通過此次技術(shù)攻關(guān)，對水平中開式多級離心泵運轉(zhuǎn)高振動的原因做了全方位的分析與處理，為深層次的檢修積累了寶貴的經(jīng)驗，同時，及時全面的排查原因，減少了設(shè)備故障對油田正常生產(chǎn)的影響。Reference[1]李健.離心泵振動常見原因分析及預(yù)防措施[J].化工設(shè)計通訊,2020,46(03):138-139.[2]龔殿斌.離心泵振動故障分析及排查措施[J].中國金屬通報,2020(03):259+261.[3]謝奕兆.低比轉(zhuǎn)速離心泵導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)對流動特性的影響研究[D].浙江理工大學,