赵广涛，闵 涛，高子惠

（中国石油辽阳石化分公司动力厂，辽宁辽阳 111003）

0 引言

当今化工装置大部分设备向长周期、自动化方向发展，主要是为延长单次运行时长，保证装置平稳长周期运行。虽然运行时间加大，但是发生意外停车造成的损失会成倍增长，维修费用也会大幅增加。旋转机械故障的类型有很多种，但绝大部分故障与转子不平衡有关，所以转子不平衡故障是其最常发生的故障之一。把转子不平衡的发生原因、故障机理、故障现象及解决手段研究清楚，就可以将离心泵的运行水平提升一个台阶，保证装置长周期平稳，为企业带来实际效益。

1 转子不平衡故障机理

在日常运行条件下，导致转子发生不平衡故障的原因有很多种，这里主要是按照使转子产生不平衡量的时间先后分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡3种情况。

（1）原始不平衡是由于转子生产厂家原始制造误差、装配误差以及材料不均匀等原因造成的，如离心泵转子在专业动平衡厂家进行的动平衡校验没有达到高标准的平衡精度要求，所以部件本身就存在质量缺陷，在投用时就会产生很大的振动。

（2）渐发性不平衡是由于离心泵长时间运行后，转子上会产生不均匀的结垢，介质中的粉尘会不均匀地沉积在转子部件上，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及介质对转子的磨蚀等因素造成的。

（3）突发性不平衡是由于转子上零部件脱落、转子上垢块的不均匀掉落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成的，振动值会突然大幅上升（表1）。

表1 转子不平衡振动特征

2 转子不平衡故障原因及治理措施

2.1 设计原因

（1）原始不平衡：由于离心泵原始设计厂家对泵的原始设计结构考虑不充分，设计不合理，设备的选型与现场实际生产情况、管线布置情况并不兼容。

（2）渐发性不平衡：由于设计机构不合理，导致转子在长时间运行后容易结垢；转子材料选择不过关，导致转子部件长时间运行后容易被介质腐蚀。

（3）突发性不平衡：由于设备选型结构不合理，应力不能及时释放，导致应力集中；整个泵运行系统设计不合理，入口过滤网不能完全滤除介质中所带杂质，造成异物进入泵流道，击穿或击坏泵叶片。

2.2 制造原因

（1）原始不平衡：离心泵制造厂商的制造精度不够，制造误差大，导致各转子部件配合间隙不良；整体材料分布不均匀，导致整个转动部件强度不统一；原始出厂动平衡精度要求低，离心泵原始动平衡没有完全去除转子上残余的不平衡量。

（2）渐发性不平衡：由于材料选材错误，致使泵转子使用寿命大大缩短。转子部件表面粗糙度处理精度不良，介质中附带的杂质附着在粗糙不平的表面，导致转子结垢。表面粗糙度处理不好，同样容易造成转子部件被腐蚀。

（3）突发性不平衡：转子制造过程中热处理工艺不当，使其存在应力；泵入口过滤网制造存在缺陷，目数过小，导致杂质进入泵腔内。

2.3 安装维修

（1）原始不平衡主要是由于转子上零部件安装粗心大意，包括零部件漏装、错装。

（2）渐发性不平衡主要是由于转子长时间运行后，表面垢层没有及时清除，垢层逐渐堆积。

（3）突发性不平衡主要是由于转子有较大的预负荷。

2.4 操作运行

渐发性不平衡主要是由于介质带液或介质本身有腐蚀性易造成转子部件腐蚀，介质脏造成结垢。对于突发性不平衡，主要原因有：①由于泵超速运转，不在正常工况下运行，超负荷亦或是超低负荷运行；②入口阻力大，导致部件损坏进入流道，打坏转子；③介质带液，导致转子部件腐蚀断裂。

2.5 状态劣化

（1）原始不平衡主要是由于离心泵长时间运行后，转子部件上紧固部件松动，如备帽松动，导致转子上零部件配合不牢。

（2）渐发性不平衡只要是由于旋转体结垢，不平衡量逐渐增大。转子长时间运行后，被严重腐蚀，不平衡量变大。

（3）突发性不平衡主要是由于超期服役，造成转子部件疲劳断裂，腐蚀加剧。

2.6 治理措施

（1）原始不平衡应按技术要求对转子进行动平衡校验，检查安装在转子上的各个零部件的紧固情况，消除转子上松动的部件。

（2）渐发性不平衡要定期给转子除垢，并对损坏的位置进行表面处理修复，要定期切换运行、对停下来的泵进行定期维修。要保证介质清洁，不带液，防止转子出现结垢和腐蚀的情况。

（3）突发性不平衡要定期停泵检修，更换损坏的转子，在停泵检修的过程中也要清理泵腔内残留的异物。及时消除应力，防止转子损坏。

3 案例分析

3.1 故障现象及原因分析

某厂公用车间P321B泵进行检修时，对转子进行工作转速动平衡，调整瓦间隙，调整对中（图1）。2018年10月13日试车，泵两端振值超过标准值（振动通用标准4.5 mm/s），尤其是泵负荷端水平方向振值达到11.4 mm/s（图2）。通过现场测得的频谱图进行分析，泵负荷端水平方向振值以工频为主导频率，有较为突出的峰值，高次谐波分量较小，时域波形为标准的正弦波，轴心轨迹为椭圆，且相位比较稳定无波动。分析后认为，造成该泵振动超标的主要原因是泵转子存在不平衡现象。

图1 机组概貌

图2 泵负荷端水平、垂直方向频谱图

3.2 现场动平衡过程

由于该泵不具备解体检修的条件，与现场设备管理人员沟通后决定对该泵进行现场整机全速动平衡。2018年10月14日，专业技术人员携带便携式现场动平衡仪器到现场对该泵进行现场整机全速动平衡，通过2次试转，最终加重210 g，泵负荷端水平方向从11.4 mm/s降低到3.4 mm/s，其他各测点振动值也均下降到标准值以下，动平衡试验成功（表2）。

表2 动平衡前后P321B泵各测点的速度值mm/s

3.3 后续跟踪

中心技术人员在对给泵做完动平衡试验后又持续跟踪该泵运行情况3个月，运行一直很稳定，振动值无明显上升（图3）。3个月后该泵解体检修时发现，泵轴表面有损伤，这也证明“动平衡原因造成该泵运行时振动超标”的结论是正确的。

图3 动平衡后泵负荷端水平方向波形频谱图

4 经验分享

整机全速动平衡技术目前应用于大型离心压缩机、离心风机的成功案例已经比比皆是，但是应用在离心泵上的还不是很成熟，主要是由于一些单级离心泵叶轮较小，整个轴系长度较短，且无合适的加重位置，所以应用起来效果不是很理想。但是，针对一些没有时间解体检修的离心泵，可以尝试用现场整机全速动平衡技术来短期内保证泵的运行质量，等装置具备条件时再解体、将转子抽出进行上机动平衡校验工作。