泵振动原因分析及质量控制
邵霄雷
(中国石化上海石油化工股份有限公司物资供应部，上海 200540)

摘要:泵机组的各个部件在运行中都会产生振动，对泵的安全运行造成很人危害。分析了泵产生振动的原因，并对泵的制造、装配、试验等各环节提出了质量控制要点:保证加工精度与设计精度的一致性;保证泵的试验运行工况点与泵的设计工况点符合:保证泵零部件结构尺寸、精度:保证零部件装配质量与其运行要求的一致性。

振动是评价泵机组运行可靠性的一个重要指标。振动超标的危害很多，如:振动能造成泵机组不能正常运行;引发驱动电机和管路的振动;造成轴承等零部件的损坏;造成基础裂纹或驱动电机损坏;造成与泵连接的管件或阀门松动、损坏，并形成噪声，对机组操作人员和周边环境造成二次危害。因此有必要对产生振动的原因进行分析，并采取相应的控制措施。

引起泵振动的原因是多方面的:高速旋转部件较多，动、静平衡不能满足要求;泵的主轴与驱动电机轴直接或是通过联轴器间接相连，使得泵的性能和电机的性能紧密联系在一起;与流体作用的部件受流体状况影响较大，流体运动本身的复杂性，也是造成泵动态性能不稳定的一个因素。泵的旋转部件是泵振动产生的主要原因之一，泵的主要旋转部件有叶轮、主轴、叶轮口环等，这些部件在制造加工、装配过程中的不合理操作，都会造成泵机组运行中的振动。

1 叶轮

叶轮是泵众多部件中唯一的做功部件，由前、后盖板和盖板之间的叶片组成。叶轮的设计关系到整个泵的扬程、效率等，其质量的好坏对泵机组的整体运行的影响很大。

1.1 叶轮对振动的影响

叶轮的影响主要体现在以下几方面:

(1) 叶轮质量偏心，叶轮制造过程中质量控制不好，如铸造质量、加工精度不合格，输送的流体带有腐蚀性，叶轮流道受到冲刷腐蚀，导致叶轮产生偏心;

(2) 叶轮的叶片数、出口角、喉部隔舌与叶轮出口边的径向距离是否合适;

(3) 使用中的叶轮口环与泵体口环之间、级间衬套与隔板衬套之间，由最初的碰摩，逐渐变成机械摩擦磨损。这些问题都会加剧泵的振动。

1.2 叶轮的质量控制

叶轮铸造质量的好坏直接导致叶轮是否会产生偏心，虽然能够在后面的机械加工中得到改善，但是这无疑加大了机械加工的难度，因而对叶轮铸件质量的检查很重要。
    加工精度的保证对以后叶轮的装配、静平衡等步骤都有影响，比如在加工时叶轮内径过小，则在装配时就有可能出现叶轮轮毅和主轴的咬合，从而破坏主轴和叶轮;如果叶轮内径过大，则会在使用过程中出现叶轮轮毅处的径向窜动，增加泵组的振动，进而威肋、到泵的运行安全。

叶轮的静平衡是为最后转子动平衡服务的，静平衡做的精确，在以后转子整体的动平衡过程中所需要的工作量相对较少，平衡难度也相应减小。泵叶轮的静平衡方法一般为重力平衡法，采用逐步去重的办法使其达到图纸要求值或是G6.3级精度要求。

对于要求比较高的叶轮还要进行动平衡试验，动平衡试验在专门的动平衡机上完成。美国石油学会标准API 610规定:“叶轮、平衡鼓及类似的主要转动部件应当进行到ISO 1940一1 G2.5级的动平衡。平衡用的心轴的质量不应超过被平衡零件的质量。如果零部件直径和零部件宽度的比值大于等于6的时候，零部件平衡可以在一个平面上进行”。泵转子动平衡的去重方法依然采用逐步去重的方法，采用打磨机逐步去重，磨光机保持叶轮盖板表面光滑度、外观质量。

2 主轴

主轴作为叶轮的载体和叶轮旋转力的输送者，在泵的整体机构中起到了重要作用，其本身的质量直接关乎泵整机的运行情况。

2.1 主轴对振动的影响

长的主轴在运行过程中很容易发生刚度不足，挠度太大，轴直线度差的情况，造成动件(主轴)与静件(滑动轴承或口环)之间的摩擦，形成振动。泵轴太长，受流动液体冲击的影响也较大，使液下部分的振动加大。轴端的平衡盘间隙过大，或是轴向的工作窜动量调整不当，会造成轴低频窜动，导致轴瓦振动。主轴的偏心，会导致轴的弯曲振动。

2.2 主轴的质量控制

对此API标准规定，泵轴全长都需要进行机械加工并精细磨光处理，使总的跳动量不大于0.025mm。

对于两端支承式泵型，允许的轴、叶轮轮毅、平衡鼓和轴套的跳动量见表1。

表1两端支承式泵型允许的轴、叶轮轮毅、平衡鼓和轴套的跳动量

扰性因子Ff=L4/D2，其中:L为轴承跨距，D为叶轮处的轴直径(最大值)。平衡盘间隙、轴向的工作窜动量在装配时严格按照图纸设计要求执行，在工作中应该要做到旁站观察，并进行测量。

3 泵体各零部件间的配合

在泵的检查中，零部件之间的配合检查是一个至关重要的质量点，其配合好坏直接影响泵体能否正常运转。

3.1 零部件间配合不当的影响

叶轮口环和泵体口环之间的间隙过大，造成泵体内泄漏损失大，回流严重，进而造成转子轴向力的不平衡和压力波动，增强振动。动、静零部件之间的设计间隙，因长期的磨损变大;中间轴承支架与泵筒体间隙超标;密封圈间隙不合适，造成的不平衡;密封环周围的间隙不均匀，这些不利因素都能造成振动。

3.2 零部件间配合的质量控制
    对于叶轮口环和泵体口环之间的运转间隙，API 610中规定了一般情况下的最小运转间隙，它是以旋转零件的直径为依据，从50mm一直到649.99 mm，对于旋转零件直径大于649.99 mm的，最小运转间隙应当是0.095 mm加上每增加1mm直径增加0.001 mm的规范。运转间隙的选择应该足够大，以保证在所有规定工况下可靠运转和避免咬合。

对于咬合趋势大的材料和工作温度大于260℃的各种材料，应当在一般情况下的最小运转间隙再加上 0.125 mm。运转间隙的测量一般通过测量泵体口环的内径、叶轮口环的外径，取其两者之差得出。

4 轴承

轴承的作用是支撑轴，但是这只是轴承作用的一部分，轴承在支撑轴的同时也起到了一个固定轴的作用，也就是说轴承在分担轴径向载荷(即支撑)的同时也限定了轴的轴向和径向的位移，所以轴承与轴之间、轴承与轴承室之间的装配间隙是否合理直接影响轴的旋转，进而影响机组运行。

轴瓦是轴承的重要组成部分，非常的光滑，一般是由青铜、减磨合金等耐磨材料构成，它具有承载轴颈所施加的作用力、保持油膜稳定、减少轴承摩擦的作用。轴瓦是汽轮机的关键部件之一，对于高速运转的汽轮起到支承的作用。

4.1 轴承的影响及质量控制

轴承的刚度太低，会造成第一临界转速降低，引起振动。另外，轴承性能不良导致耐磨性差，固定不好，轴瓦间隙过大，也容易造成振动;而推力轴承和其他滚动轴承的磨损，则会使轴的轴向窜动振动以及弯曲振动同时加剧。润滑油选型不当、变质、杂质含量超标及润滑管道不畅而导致的润滑故障，都会造成轴承工作环境恶化，引发振动。电动机滑动轴承油膜的自激也会产生振动。

4.2 轴瓦的影响及质量控制

泵轴瓦的装配过程应严格遵循先刮瓦、后研磨、再刮瓦的循环程序，保证轴瓦与轴颈的接触面积、间隙达到规定值:

(1)泵轴颈与轴承间隙值，通过更换前后轴承、研磨、刮瓦、调整等手段达到合格，轴瓦与轴颈间隙值的测量一般采用压铅法或者是塞尺，塞尺使用方便，使用较多;

(2)泵轴承体与轴承球面顶间隙值合格;

(3)泵轴轴承下瓦和泵轴轴颈接触点及接触角度:下瓦背与轴承座接触面积应在60%以上，轴颈处滑动接触面上的接触点密度保持在每1 cm2有2~4个点，接触角度保持在60°~90°

对于制造厂的润滑油牌号要仔细核对，并确保润滑油的清洁度。

5 驱动电机

驱动电机是动力源，其本身也是高速旋转机械，所以电机本身的质量对泵机组的振动也是有很大的影响的。

5.1 驱动电机质量对振动的影响

电机零部件松动，轴承定位不牢固，铁芯硅钢片过松，轴承因磨损而导致支撑刚度下降，会引起振动。转子弯曲或质量分布问题导致的转子质量分布不均，造成静、动平衡量超标;电机缺相、各相电源不平衡等原因也能引起振动。电机定子绕组，由于装配操作问题，造成各相绕组之间的电阻不平衡，因而导致产生的磁场不均匀，产生了不平衡的电磁力，这种电磁力成为激振力而引发振动。

5.2 驱动电机的质量控制

对于泵制造厂而言，在泵组中驱动电机属于外购件，除了对于相关的合格证、质量文件进行审查，确保到厂电机是合格外，在制造厂进行试验时，通常还要进行电机空载运转，电机与泵对中完成后、电机底座固定好之后，驱动电机不与泵头相连接，首先进行电机空载试验，测量电机伸出端轴承部位的振动值，确定其振动值不超标后，再和泵头相连，保证整体机组振动符合标准和协议要求。

6 基础、泵支架、管道及泵体的质量控制

制造厂试验过程中，试验现场泵的支架、底座是靠压板来进行固定的，基础应具有足够的强度和尺寸。试验之前应该先检查试验现场的清洁状况，确保试验场地干净，没有影响泵组底座平整度的大物件，尽可能地多放一些压板，并把压板全部固定好。在试验过程中，如果出现振动超标的情况，首先调节压板，拧紧或是放松压板螺丝，查看振动值是否减小，如无减小，则可排除基础、泵支架固定方面的原因。

制造厂试验现场的管道布置、管道固定情况直接影响到泵组振动的测量值。如果制造厂试验台的规模较小，则会限制管道的铺设，使管道存在许多弯头。水流对管道弯管的冲击、出口管道上调节阀的振动在固定不稳当的情况下，都有可能 带动泵组振动，从而影响实际泵组振动的测量。对于在地上的管道，尽可能用压板将其固定住，减少管道的振动;架在空中的软管要用起重设备将其吊起，保持管路的畅通，压力的均布性;硬管要用起重设备固定，尽可能的减少振动。

 泵的水力设计和自身的结构也会对泵机组的振动产生影响:泵体内叶轮旋转时产生的非对称压力场;叶轮内部以及蜗壳、导流叶片漩涡的发生及消失;阀门半开造成漩涡而产生的振动;由于叶轮叶片数有限而导致的出口压力分布不均;叶轮 内的脱流、喘振、流道内的脉动压力、汽蚀[[7];流体在泵体中流动，对泵体会有摩擦和冲击，比如流体撞击隔舌和导流叶片的前缘，造成振动。这些因素不能在制造过程中加以消除，只有在设计过程中逐步地完善水力设计和结构设计才能逐渐的 消除这方面的不利因素。

7 结语

泵振动的原因包括机械、水力、电力，机械加工工艺、装配人员的操作水平、水力设计软件的功能、材料性能，这些都能影响到泵产生振动的大小。实际制造过程中，提高设计、加工、装配质量，很多振动都可以在出厂之前得以消除。伴随着新材料技术的发展和新工艺的出现，以及计算机技术和流体力学基础理论的进步，加上振动诊断技术的发展，泵的设计、制造水平必将越来越高，性能也一定会日趋优化、稳定。