多级离心泵振动超标原因分析及对策_张建晨

第47卷第4期2010年8月化　工　设　备　与　管　道P R O C E S SE Q U I P M E N T ＆P I P I N G V o l . 47　No . 4

A u g . 2010　

多级离心泵振动超标原因分析及对策

张建晨

(中国石化上海石油化工股份有限公司, 上海　200540)

摘　要:分析了石油化工装置中多级离心泵产生振动超标的原因, 并结合石油化工装置多级离心泵的采购管理及现场运行维护经验, 从泵的设计、制造、安装等方面进行分析, 得到了消除石油化工装置中多级离心泵振动超标的对策。

关键词:多级离心泵; 　振动超标; 　原因; 　对策中图分类号:T Q 051. 2

文献标识码:A

文章编号:1009-3281(2010) 04-0038-04

C a u s e s A n a l y s i s o f V i b r a t i o n O c c u r r e d i n M u l t i -s t a g e P u m p a n d C o u n t e r M e a s u r e

Z H A N GJ i a n -c h e n

(S I N O P E CS h a n g h a i P e t r o c h e m i c a l S t o c k C o . , L t d , S h a n g h a i 　200540, C h i n a )

A b s t r a c t :　Th e c a u s e s o f v i b r a t i o nb e y o n dl i m i t o c c u r r e d i n m u l t i -s t a g e p u m pu s e di np e t r o c h e m i c a l p l a n t w e r e a n a l y z e di n t h i s a r t i -c l e . C o m b i n e d w i t ht h e e x p e r i e n c e s i np r o c u r e m e n t a n do n s i t em a i n t e n a n c e o f m u l t i -s t a g e p u m p s , a n db a s e do n t h e d e s i g n , m a n u f a c -t u r e a n d i n s t a l l a t i o n o f t h e p u m p s , t h e c o u n t e r m e a s u r e s f o r r e m o v i n g t h e v i b r a t i o n b e y o n d l i m i t o c c u r r e d i n m u l t i -s t a g e p u m p s w e r e o b -t a i n e d .

K e y w o r d s :　mu l t i -s t a g e p u m p ; 　vi b r a t i o nw h i c h i s b e y o n d l i m i t ; 　ca u s e ; 　co u n t e r m e a s u r e

　　现代石油化工装置要求所有设备必须具备长期高效稳定运行的特性。因各种原因, 在装置中时常出现多级离心泵振动超标, 引发机组监控仪表报警或联锁停车, 对装置的“长、满、优”运行带来隐患。

振动是考核石油化工装置中多级离心泵机组可靠性的一个重要指标

[1-3]

装使用不当应从业主现场泵机组本身的安装、管道配置、操作运行范围等几方面进行分析, 从而找到解决石油化工装置中引起多级离心泵振动超标的方法。1. 1　设计

1. 1. 1　转子动力学设计

目前我国石油化工装置中采购的多级离心泵, 采购方均要求采用A P I 610标准作为设计、制造、检验与验收标准。在A P I 610标准

[1]

:振动超标将造成泵转子与

静止件间隙减少或发生相互摩擦, 从而造成泵转子与静止间相互咬死, 造成转子、静止件以及轴承等零部件的损坏, 机组不能正常运行; 引发驱动机和管路的振动; 引发轴封失效, 造成泄漏, 从而造成物料损失或环境污染; 造成与泵连接的管件或阀门松动、损坏, 并形成噪声, 对操作人员和周边环境造成次生危害。

中动力学章节对

多级离心泵转子的临界转速(弯曲振动) 计算、泵组轴系的扭转振动计算分析规定如下:

转子弯曲振动分析计算, 如卖方不能提供成熟的已应用于石油化工流程的相同的泵, 则卖方应进行泵转子的一阶、二阶临界转速计算分析, 泵组轴系的扭转振动计算分析, 除采用弱动力式联轴器(如液力联轴器、液力变矩器) 外, 均应将泵机组作为一

收稿日期:2010-03-29

作者简介:张建晨(1963—) , 男, 上海市人, 工程师。主要从事设备

物资的采购和管理工作。

1　多级离心泵振动原因分析

石油化工装置中引起多级离心泵振动超标的原因是多方面的, 主要有:泵原始缺陷引起的振动超标; 安装使用不当造成的振动超标。

泵原始缺陷应从设计、制造两方面进行分析; 安

2010年8月　张建晨. 多级离心泵振动超标原因分析及对策

·39·

个整体来进行分析, 机组的无阻尼扭转临界转速与工作转速的避开裕度至少为10%。

按设计准则裕度至少为

刚性转子:n ≤0. 8n c r 1

柔性转子:1. 3n ≤0. 8n c r 1≤nc r 2

其中　n———工作转速;

　n——一阶临界转速; c r 1—　n——二阶临界转速。c r 2—

目前国内大部分泵制造商及部分国际知名泵制造商与A P I 610的要求存在许多偏差, 对2900r /m i n 转速下的多级离心泵转子弯曲横向临界转速基本不进行计算分析, 即使有少数制造商进行计算与分析, 大多采用经验公式进行, 常用的经验公式有:

(1) 经验公式一

[4]

[4]

验公式一。

目前石油化工装置朝着大型化方向发展, 多级离心泵必须朝高转速方向发展, 因此, 多级离心泵转子及泵机组的临界转速计算就显得极其重要。上述两个经验公式只适用于制造商初步设计或用于报价阶段, 详细设计时复核转子临界转速, 必须考虑油膜刚度和支撑刚度, 即按弹性支撑理论计算转子临界转速, 其计算方法应采用递推法、迭代法或有限元法。按弹性支撑理论计算转子临界转速必须依靠现代计算机及程序, 是现代多级离心泵转子设计的发展趋势, 本文在此不再赘述。1. 1. 2　水力设计

离心泵的振动随流量的变化而产生变化, 通常在设计点(最佳效率点) 流量附近其值最小, 并且随流量的增大或减少而增加。从最佳效率点流量起, 振动随流量的变化取决于泵输送介质的密度、泵本身的比转速及汽蚀比转速。振动的变化随介质密度的增加、比转速及汽蚀比转速提高而增加

[1, 5]

[1]

, 转子弯曲横向临界转速的避开

。

m G l m

G l

K 1

n =1. 594c r 1

Q 1K 2

n 1. 594c r 2=

Q 2

。, 从图

图1为泵的流量与振动的关系示意图

式中　n——第一临界转速, r /mi n ; c r 1—

　n——第二临界转速, r /mi n ; c r 2—　K——无阶梯轴的第一临界转速系数; 1—　K——无阶梯轴的第二临界转速系数; 2—　Q——有阶梯轴的第一临界转速修正系数; 1—　Q——有阶梯轴的第二临界转速修正系数; 2—　E———轴材料的弹性模量, k g /m; 　J——圆盘部分轴断面的惯性矩, c m ; m —　G———转子的总质量, k g ; 　l———轴承跨距, m m 。

该经验公式有K 1、K2, Q 1、Q2四个系数需要查图表, 也有可能需要用插值法进行估算, 因此, 精确度不高。

(2) 经验公式二(能量法) 。

该经验公式适用于刚性支撑, 即在轴的支撑点处没有变形。

n 299c r =

i i ∑G y i i

2

[4]

4

2

中不难看出:从设计上, 水力性能优良的泵应具备平缓且连续上升的流量-扬

程曲线, 高效区宽; 从业主采购及使用上, 工艺操作参数应尽量优选高效区, 尽量避免工艺操作参数在泵允许工作区以外。

图1　泵的流量与振动的关系

1. 流量的允许工作区; 2. 流量的优先工作区; 3. 流量限定的最大允许振动限定; 4. 基本振动限定; 5. 流量最佳效率点; 6. 示出最大允许振动的典型振动和流量曲线; 7. 扬程流量曲线; 8. 扬程与流量的最佳效率点

1. 2　制造1. 2. 1　转子制造

优秀的设计图纸只有通过精良的制造, 才能实现设计目的。多级离心泵转子主要包含叶轮、叶轮密封环、推力盘、平衡盘或平衡鼓、主轴。

叶轮是离心泵中关键的水力部件

[5]

式中　n———临界转速, r /mi n ; c r

　G———转子各零件或轴段的质量, k g ; i 　y———G 处轴的静挠度, c m 。i i

该公式适用于有若干集中质量的轴, 尤其必须先求出静挠度, 其精确度也不太高, 但该公式优于经

, 其流道型

·40·

化　工　设　备　与　管　道

表1　额定点扬程、功率允差

项目

工况0～150m

扬程

151～300m >300m

额定点

-2

+5-2+3-2+2

第47卷第4期

线是否符合图纸要求, 将决定泵的水力性能; 转子零部件尺寸及形位公差的加工精度、转子组装后其跳动量大小将决定泵的机械特性。

按A P I 610要求

[1]

关死点±10±8±5

:叶轮、平衡鼓及类似的主要

转动部件应当进行到I S O 1940-1G 2. 5级的动平衡; 转子应以低速作双面动平衡, 其平衡精度为:

n ≤3800r /mi n , 转子动平衡精度为G 2. 5; n >3800r /mi n , 转子动平衡精度为G 1. 0。而目前国内大部分泵制造商及部分国际知名泵制造商对多级离心泵叶轮均未按A P I 610要求进行叶轮动平衡, 除非业主在《技术协议》中有文字明确规定叶轮作动平衡。1. 2. 2　静止部件制造

石油化工装置用多级离心泵一般采用两端支撑, 流体动压径向轴承, 因此, 轴承座的加工精度将影响泵运转的机械特性。

泵体、中段(导叶与回流器) 加工尺寸精度将影响与转子部件间隙, 也将影响泵运转的机械特性。1. 2. 3　泵的总装与制造厂内的试验

石油化工装置用多级离心泵整体结构一般采用双层壳体:外层壳体材料为锻件, 由圆筒体+端盖构成, 内层筒体为锻件或铸钢, 为径向剖分结构。其结构复杂程度与高压循环氢离心压缩机(垂直剖分结构) 类似。因此, 在制造商厂内的总装过程中转子与静止间隙的调整, 间隙的测量与控制, 对泵的稳定与高效运行十分关键。因泵的设计为制造商的专有技术, 因此, 在泵总装过程中因原始间隙值设计缺陷或制造精度达不到图纸或标准要求, 故间隙调整控制就显得尤为重要。

按A P I 610标准

[1]

功率+4

[1]

不考核

按A P I 610标准, 泵的机械性能验收准则:在

优先工作区, 泵轴承箱振动ν3. 0m m /s, 流体动u

从上面的分析, 不难看出:降速试验可能会带来泵性能的假相, 给业主带来性能隐患。

按A P I 610标准

[1]

:整台机组的整体性能(轴系

扭振试验) 试验为买卖双方协商。业主无法判断制造商提供的机组是否为成熟技术与产品, 而驱动机为齿轮增速箱+电机时, 在制造商厂内最好进行整台机组的整体性能试验, 即驱动机与泵一起参加机械运转试验。

1. 3　泵在业主现场的安装

制造精良的泵机组, 只有在业主现场安装符合要求, 才能使泵的性能达到规定要求。泵在业主现场的安装包括三方面:一是泵与驱动机(含齿轮增速箱) 的对中精度; 二是泵机组在水泥基础上的水平度, 以及泵机组底座与水泥基础之间的灌浆质量

[6]

; 三是泵进出口管道的安装

[7]

。上述三方面也

:每台泵在出厂前都必须进将直接影响泵的振动。

泵进出口管道的安装应遵循以下原则:合理的管道流向, 避免过多的弯道; 无应力管道联接; 合适的管道支撑。

行水力性能试验, 如果在采购合同文件中有规定, 才进行在额定转速(转速允差为3%)、额定流量下的4小时机械运转试验。

水力性能试验与机械运转试验为泵制造商厂内最关键的试验, 有些制造商因厂内的试验台条件问题, 往往采用降速试验, 试验结果再采用相似理论进行换算, 得出额定转速下的水力性能参数。按泵的相似理论

[2]

2　消除多级离心泵振动超标的对策

消除多级离心泵的振动超标, 应采取以下措施:(1) 在询价阶段, 对于挠性转子, 要求泵厂提交泵转子临界转速计算结果, 并作弯曲横向振动分析。对于采用滑动轴承支撑的转子, 应规定采用弹性支撑理论计算转子临界转速。

(2) 在采购合同生效后, 在技术协调会前, 如果驱动机为汽轮机或齿轮增速箱+电机, 功率大于

(下转第50页)

, 泵的流量与转速成正比, 泵的扬程与

转速的平方成正比, 泵的轴功率与转速的三次方成正比, 泵的振动值与转速的平方成正比。

按A P I 610标准

[1]

, 泵的水力性能验收准则为:

额定点流量不允许有负偏差, 额定点的N P S H r 不允许超过规定值; 额定点扬程、功率允差见表1。

·50·

化　工　设　备　与　管　道第47卷第4期

而且进行了保温处理, 计算的结果只能为安装提供参考。要将计算结果进行工程实现, 所选择的支吊架必须完全满足计算要求。图1是所设计兖矿国泰大型蒸汽轮机蒸汽入口管道。12点设恒力弹簧吊架2个, 为了便于管口水平度及对中度的调节, 将原来东西方向的两个支架改为南北方向的吊架。在17点设置限位支架, 具体位置为从汽轮机入口下方第一个弯头中心起向北900m m 处。间隙如下:南北方向为0, 东西方向7. 5m m 。30点的支架位置不变, 设置恒力弹簧支架1个。在85点设置恒力弹簧吊架1个, 生根点为该点正上方的平台底面。由于支撑点35, 85, 95点要求在同一个水平面上, 而且使管口1100点的法兰面与汽机法兰的平行度及中心度满足表1规定的参数, 管口两个法兰面距离由12点弹簧调整, 法兰面的平行度和中心度由35, 85, 95点的弹簧同时调整, 调节12, 35, 85, 95点弹簧, 使汽机和管道法兰面在管口没有连接时可以自由摆动, 管口法兰与机组法兰的水平度小于0. 20m m , 管口中心偏离小于0. 50m m 。在管口连接时, 蒸汽轮机

机壳位移应小于0. 02m m 。通过调整顺利解决了蒸汽轮机蒸汽入口管道的支吊难题, 满足了M A NT u r -b o m a s c h i n e n A G 公司机组对蒸汽轮机蒸汽入口管道的技术要求。

与设计院及管道支吊设备生产厂家技术人员一起, 对蒸汽轮机蒸汽入口管道进行重新支吊设计、安装与调试, 不到一个月的时间, 顺利解决了蒸汽轮机蒸汽入口管道的支吊难题, 满足了M A N T u r b o m a s c h i n e n A G 公司机组对蒸汽轮机蒸汽入口管道的技术要求。争取了时间, 保证了空分装置按时完成调试和试车任务。

4　结论

大型蒸汽透平的入口热力管道支吊系统中是保证热力管系正常运行的一个难点。我们借助应力分析软件的计算结果做参考, 对热力管系支吊架系统进行了调整和改造, 顺利解决了该难题。通过三年多的运行, 蒸汽机组蒸汽管道运行平稳, 汽轮机运行稳定, 有力保证了生产和经营各项目标的顺利完成。

(上接第40页)

1500k W 应要求制造商按A P I 610标准要求, 提交

[1, 8-10]

整个机组的轴系的扭转振动分析报告。

(3) 加强制造过程的质量控制。制造过程的质量控制是采购方实施过程控制的重要阶段, 中石化物装部在2006年发布了“石化股份物(2006) 509号文件《重要设备材料监造管理办法》”, 为实施过程控制指明了方向, 驻厂监造是实施过程控制的重要手段。监造能监督制造厂商严格按技术协议、标准规范进行设计及制造, 能保证在设计制造过程中业主与制造厂商的信息对称, 督促制造厂商不断提高设计制造能力。

(4) 优化工艺管线的设计, 加强多级离心泵机组在业主现场的安装质量控制。

朝大功率、高转速方向发展。如何确保石油化工装置中多级离心泵及泵机组的高效稳定运行, 是业主

和制造商必须解决的课题。相信从设计、制造、安装等几方面着手, 就能消除多级离心泵的振动超标, 为装置的“长、满、优”运行奠定坚实的基础。

参考文献

[1]　AP I 610, 石油、化工及天然气工业用离心泵[S ].[2]　AP I 670, 机械保护系统[S ].

[3]　AP I 682, 离心泵转子泵用轴封系统[S ].

[4]　沈阳水泵研究所. 叶片泵设计手册[M ]. 北京:机械工业出版

社, 1983.

[5]　关醒凡. 现代泵技术手册[M ]. 北京:宇航出版社, 1995. [6]　SH 3057—94, 石油化工企业落地式离心泵基础设计规范

[S ].

[7]　张德姜. 石油化工装置工艺管道安装设计手册[M ]. 北京:

中国石化出版社, 2005.

[8]　AP I 611, 石油、化工及天然气工业用一般用途汽轮机[S ]. [9]　AP I 677, 石油、化工及天然气工业用一般用途齿轮装置[S ]. [10]　AP I 671, 石油、化工及天然气工业用特殊用途联轴器[S ].

3　结束语

随着石油化工装置朝着大型化方向发展, 装置中的反应进料泵、除焦泵、给水泵等多级离心泵必将

第47卷第4期2010年8月化　工　设　备　与　管　道P R O C E S SE Q U I P M E N T ＆P I P I N G V o l . 47　No . 4

A u g . 2010　

多级离心泵振动超标原因分析及对策

张建晨

(中国石化上海石油化工股份有限公司, 上海　200540)

摘　要:分析了石油化工装置中多级离心泵产生振动超标的原因, 并结合石油化工装置多级离心泵的采购管理及现场运行维护经验, 从泵的设计、制造、安装等方面进行分析, 得到了消除石油化工装置中多级离心泵振动超标的对策。

关键词:多级离心泵; 　振动超标; 　原因; 　对策中图分类号:T Q 051. 2

文献标识码:A

文章编号:1009-3281(2010) 04-0038-04

C a u s e s A n a l y s i s o f V i b r a t i o n O c c u r r e d i n M u l t i -s t a g e P u m p a n d C o u n t e r M e a s u r e

Z H A N GJ i a n -c h e n

(S I N O P E CS h a n g h a i P e t r o c h e m i c a l S t o c k C o . , L t d , S h a n g h a i 　200540, C h i n a )

A b s t r a c t :　Th e c a u s e s o f v i b r a t i o nb e y o n dl i m i t o c c u r r e d i n m u l t i -s t a g e p u m pu s e di np e t r o c h e m i c a l p l a n t w e r e a n a l y z e di n t h i s a r t i -c l e . C o m b i n e d w i t ht h e e x p e r i e n c e s i np r o c u r e m e n t a n do n s i t em a i n t e n a n c e o f m u l t i -s t a g e p u m p s , a n db a s e do n t h e d e s i g n , m a n u f a c -t u r e a n d i n s t a l l a t i o n o f t h e p u m p s , t h e c o u n t e r m e a s u r e s f o r r e m o v i n g t h e v i b r a t i o n b e y o n d l i m i t o c c u r r e d i n m u l t i -s t a g e p u m p s w e r e o b -t a i n e d .

K e y w o r d s :　mu l t i -s t a g e p u m p ; 　vi b r a t i o nw h i c h i s b e y o n d l i m i t ; 　ca u s e ; 　co u n t e r m e a s u r e

　　现代石油化工装置要求所有设备必须具备长期高效稳定运行的特性。因各种原因, 在装置中时常出现多级离心泵振动超标, 引发机组监控仪表报警或联锁停车, 对装置的“长、满、优”运行带来隐患。

振动是考核石油化工装置中多级离心泵机组可靠性的一个重要指标

[1-3]

装使用不当应从业主现场泵机组本身的安装、管道配置、操作运行范围等几方面进行分析, 从而找到解决石油化工装置中引起多级离心泵振动超标的方法。1. 1　设计

1. 1. 1　转子动力学设计

目前我国石油化工装置中采购的多级离心泵, 采购方均要求采用A P I 610标准作为设计、制造、检验与验收标准。在A P I 610标准

[1]

:振动超标将造成泵转子与

静止件间隙减少或发生相互摩擦, 从而造成泵转子与静止间相互咬死, 造成转子、静止件以及轴承等零部件的损坏, 机组不能正常运行; 引发驱动机和管路的振动; 引发轴封失效, 造成泄漏, 从而造成物料损失或环境污染; 造成与泵连接的管件或阀门松动、损坏, 并形成噪声, 对操作人员和周边环境造成次生危害。

中动力学章节对

多级离心泵转子的临界转速(弯曲振动) 计算、泵组轴系的扭转振动计算分析规定如下:

转子弯曲振动分析计算, 如卖方不能提供成熟的已应用于石油化工流程的相同的泵, 则卖方应进行泵转子的一阶、二阶临界转速计算分析, 泵组轴系的扭转振动计算分析, 除采用弱动力式联轴器(如液力联轴器、液力变矩器) 外, 均应将泵机组作为一

收稿日期:2010-03-29

作者简介:张建晨(1963—) , 男, 上海市人, 工程师。主要从事设备

物资的采购和管理工作。

1　多级离心泵振动原因分析

石油化工装置中引起多级离心泵振动超标的原因是多方面的, 主要有:泵原始缺陷引起的振动超标; 安装使用不当造成的振动超标。

泵原始缺陷应从设计、制造两方面进行分析; 安

2010年8月　张建晨. 多级离心泵振动超标原因分析及对策

·39·

个整体来进行分析, 机组的无阻尼扭转临界转速与工作转速的避开裕度至少为10%。

按设计准则裕度至少为

刚性转子:n ≤0. 8n c r 1

柔性转子:1. 3n ≤0. 8n c r 1≤nc r 2

其中　n———工作转速;

　n——一阶临界转速; c r 1—　n——二阶临界转速。c r 2—

目前国内大部分泵制造商及部分国际知名泵制造商与A P I 610的要求存在许多偏差, 对2900r /m i n 转速下的多级离心泵转子弯曲横向临界转速基本不进行计算分析, 即使有少数制造商进行计算与分析, 大多采用经验公式进行, 常用的经验公式有:

(1) 经验公式一

[4]

[4]

验公式一。

目前石油化工装置朝着大型化方向发展, 多级离心泵必须朝高转速方向发展, 因此, 多级离心泵转子及泵机组的临界转速计算就显得极其重要。上述两个经验公式只适用于制造商初步设计或用于报价阶段, 详细设计时复核转子临界转速, 必须考虑油膜刚度和支撑刚度, 即按弹性支撑理论计算转子临界转速, 其计算方法应采用递推法、迭代法或有限元法。按弹性支撑理论计算转子临界转速必须依靠现代计算机及程序, 是现代多级离心泵转子设计的发展趋势, 本文在此不再赘述。1. 1. 2　水力设计

离心泵的振动随流量的变化而产生变化, 通常在设计点(最佳效率点) 流量附近其值最小, 并且随流量的增大或减少而增加。从最佳效率点流量起, 振动随流量的变化取决于泵输送介质的密度、泵本身的比转速及汽蚀比转速。振动的变化随介质密度的增加、比转速及汽蚀比转速提高而增加

[1, 5]

[1]

, 转子弯曲横向临界转速的避开

。

m G l m

G l

K 1

n =1. 594c r 1

Q 1K 2

n 1. 594c r 2=

Q 2

。, 从图

图1为泵的流量与振动的关系示意图

式中　n——第一临界转速, r /mi n ; c r 1—

　n——第二临界转速, r /mi n ; c r 2—　K——无阶梯轴的第一临界转速系数; 1—　K——无阶梯轴的第二临界转速系数; 2—　Q——有阶梯轴的第一临界转速修正系数; 1—　Q——有阶梯轴的第二临界转速修正系数; 2—　E———轴材料的弹性模量, k g /m; 　J——圆盘部分轴断面的惯性矩, c m ; m —　G———转子的总质量, k g ; 　l———轴承跨距, m m 。

该经验公式有K 1、K2, Q 1、Q2四个系数需要查图表, 也有可能需要用插值法进行估算, 因此, 精确度不高。

(2) 经验公式二(能量法) 。

该经验公式适用于刚性支撑, 即在轴的支撑点处没有变形。

n 299c r =

i i ∑G y i i

2

[4]

4

2

中不难看出:从设计上, 水力性能优良的泵应具备平缓且连续上升的流量-扬

程曲线, 高效区宽; 从业主采购及使用上, 工艺操作参数应尽量优选高效区, 尽量避免工艺操作参数在泵允许工作区以外。

图1　泵的流量与振动的关系

1. 流量的允许工作区; 2. 流量的优先工作区; 3. 流量限定的最大允许振动限定; 4. 基本振动限定; 5. 流量最佳效率点; 6. 示出最大允许振动的典型振动和流量曲线; 7. 扬程流量曲线; 8. 扬程与流量的最佳效率点

1. 2　制造1. 2. 1　转子制造

优秀的设计图纸只有通过精良的制造, 才能实现设计目的。多级离心泵转子主要包含叶轮、叶轮密封环、推力盘、平衡盘或平衡鼓、主轴。

叶轮是离心泵中关键的水力部件

[5]

式中　n———临界转速, r /mi n ; c r

　G———转子各零件或轴段的质量, k g ; i 　y———G 处轴的静挠度, c m 。i i

该公式适用于有若干集中质量的轴, 尤其必须先求出静挠度, 其精确度也不太高, 但该公式优于经

, 其流道型

·40·

化　工　设　备　与　管　道

表1　额定点扬程、功率允差

项目

工况0～150m

扬程

151～300m >300m

额定点

-2

+5-2+3-2+2

第47卷第4期

线是否符合图纸要求, 将决定泵的水力性能; 转子零部件尺寸及形位公差的加工精度、转子组装后其跳动量大小将决定泵的机械特性。

按A P I 610要求

[1]

关死点±10±8±5

:叶轮、平衡鼓及类似的主要

转动部件应当进行到I S O 1940-1G 2. 5级的动平衡; 转子应以低速作双面动平衡, 其平衡精度为:

n ≤3800r /mi n , 转子动平衡精度为G 2. 5; n >3800r /mi n , 转子动平衡精度为G 1. 0。而目前国内大部分泵制造商及部分国际知名泵制造商对多级离心泵叶轮均未按A P I 610要求进行叶轮动平衡, 除非业主在《技术协议》中有文字明确规定叶轮作动平衡。1. 2. 2　静止部件制造

石油化工装置用多级离心泵一般采用两端支撑, 流体动压径向轴承, 因此, 轴承座的加工精度将影响泵运转的机械特性。

泵体、中段(导叶与回流器) 加工尺寸精度将影响与转子部件间隙, 也将影响泵运转的机械特性。1. 2. 3　泵的总装与制造厂内的试验

石油化工装置用多级离心泵整体结构一般采用双层壳体:外层壳体材料为锻件, 由圆筒体+端盖构成, 内层筒体为锻件或铸钢, 为径向剖分结构。其结构复杂程度与高压循环氢离心压缩机(垂直剖分结构) 类似。因此, 在制造商厂内的总装过程中转子与静止间隙的调整, 间隙的测量与控制, 对泵的稳定与高效运行十分关键。因泵的设计为制造商的专有技术, 因此, 在泵总装过程中因原始间隙值设计缺陷或制造精度达不到图纸或标准要求, 故间隙调整控制就显得尤为重要。

按A P I 610标准

[1]

功率+4

[1]

不考核

按A P I 610标准, 泵的机械性能验收准则:在

优先工作区, 泵轴承箱振动ν3. 0m m /s, 流体动u

从上面的分析, 不难看出:降速试验可能会带来泵性能的假相, 给业主带来性能隐患。

按A P I 610标准

[1]

:整台机组的整体性能(轴系

扭振试验) 试验为买卖双方协商。业主无法判断制造商提供的机组是否为成熟技术与产品, 而驱动机为齿轮增速箱+电机时, 在制造商厂内最好进行整台机组的整体性能试验, 即驱动机与泵一起参加机械运转试验。

1. 3　泵在业主现场的安装

制造精良的泵机组, 只有在业主现场安装符合要求, 才能使泵的性能达到规定要求。泵在业主现场的安装包括三方面:一是泵与驱动机(含齿轮增速箱) 的对中精度; 二是泵机组在水泥基础上的水平度, 以及泵机组底座与水泥基础之间的灌浆质量

[6]

; 三是泵进出口管道的安装

[7]

。上述三方面也

:每台泵在出厂前都必须进将直接影响泵的振动。

泵进出口管道的安装应遵循以下原则:合理的管道流向, 避免过多的弯道; 无应力管道联接; 合适的管道支撑。

行水力性能试验, 如果在采购合同文件中有规定, 才进行在额定转速(转速允差为3%)、额定流量下的4小时机械运转试验。

水力性能试验与机械运转试验为泵制造商厂内最关键的试验, 有些制造商因厂内的试验台条件问题, 往往采用降速试验, 试验结果再采用相似理论进行换算, 得出额定转速下的水力性能参数。按泵的相似理论

[2]

2　消除多级离心泵振动超标的对策

消除多级离心泵的振动超标, 应采取以下措施:(1) 在询价阶段, 对于挠性转子, 要求泵厂提交泵转子临界转速计算结果, 并作弯曲横向振动分析。对于采用滑动轴承支撑的转子, 应规定采用弹性支撑理论计算转子临界转速。

(2) 在采购合同生效后, 在技术协调会前, 如果驱动机为汽轮机或齿轮增速箱+电机, 功率大于

(下转第50页)

, 泵的流量与转速成正比, 泵的扬程与

转速的平方成正比, 泵的轴功率与转速的三次方成正比, 泵的振动值与转速的平方成正比。

按A P I 610标准

[1]

, 泵的水力性能验收准则为:

额定点流量不允许有负偏差, 额定点的N P S H r 不允许超过规定值; 额定点扬程、功率允差见表1。

·50·

化　工　设　备　与　管　道第47卷第4期

而且进行了保温处理, 计算的结果只能为安装提供参考。要将计算结果进行工程实现, 所选择的支吊架必须完全满足计算要求。图1是所设计兖矿国泰大型蒸汽轮机蒸汽入口管道。12点设恒力弹簧吊架2个, 为了便于管口水平度及对中度的调节, 将原来东西方向的两个支架改为南北方向的吊架。在17点设置限位支架, 具体位置为从汽轮机入口下方第一个弯头中心起向北900m m 处。间隙如下:南北方向为0, 东西方向7. 5m m 。30点的支架位置不变, 设置恒力弹簧支架1个。在85点设置恒力弹簧吊架1个, 生根点为该点正上方的平台底面。由于支撑点35, 85, 95点要求在同一个水平面上, 而且使管口1100点的法兰面与汽机法兰的平行度及中心度满足表1规定的参数, 管口两个法兰面距离由12点弹簧调整, 法兰面的平行度和中心度由35, 85, 95点的弹簧同时调整, 调节12, 35, 85, 95点弹簧, 使汽机和管道法兰面在管口没有连接时可以自由摆动, 管口法兰与机组法兰的水平度小于0. 20m m , 管口中心偏离小于0. 50m m 。在管口连接时, 蒸汽轮机

机壳位移应小于0. 02m m 。通过调整顺利解决了蒸汽轮机蒸汽入口管道的支吊难题, 满足了M A NT u r -b o m a s c h i n e n A G 公司机组对蒸汽轮机蒸汽入口管道的技术要求。

与设计院及管道支吊设备生产厂家技术人员一起, 对蒸汽轮机蒸汽入口管道进行重新支吊设计、安装与调试, 不到一个月的时间, 顺利解决了蒸汽轮机蒸汽入口管道的支吊难题, 满足了M A N T u r b o m a s c h i n e n A G 公司机组对蒸汽轮机蒸汽入口管道的技术要求。争取了时间, 保证了空分装置按时完成调试和试车任务。

4　结论

大型蒸汽透平的入口热力管道支吊系统中是保证热力管系正常运行的一个难点。我们借助应力分析软件的计算结果做参考, 对热力管系支吊架系统进行了调整和改造, 顺利解决了该难题。通过三年多的运行, 蒸汽机组蒸汽管道运行平稳, 汽轮机运行稳定, 有力保证了生产和经营各项目标的顺利完成。

(上接第40页)

1500k W 应要求制造商按A P I 610标准要求, 提交

[1, 8-10]

整个机组的轴系的扭转振动分析报告。

(3) 加强制造过程的质量控制。制造过程的质量控制是采购方实施过程控制的重要阶段, 中石化物装部在2006年发布了“石化股份物(2006) 509号文件《重要设备材料监造管理办法》”, 为实施过程控制指明了方向, 驻厂监造是实施过程控制的重要手段。监造能监督制造厂商严格按技术协议、标准规范进行设计及制造, 能保证在设计制造过程中业主与制造厂商的信息对称, 督促制造厂商不断提高设计制造能力。

(4) 优化工艺管线的设计, 加强多级离心泵机组在业主现场的安装质量控制。

朝大功率、高转速方向发展。如何确保石油化工装置中多级离心泵及泵机组的高效稳定运行, 是业主

和制造商必须解决的课题。相信从设计、制造、安装等几方面着手, 就能消除多级离心泵的振动超标, 为装置的“长、满、优”运行奠定坚实的基础。

参考文献

[1]　AP I 610, 石油、化工及天然气工业用离心泵[S ].[2]　AP I 670, 机械保护系统[S ].

[3]　AP I 682, 离心泵转子泵用轴封系统[S ].

[4]　沈阳水泵研究所. 叶片泵设计手册[M ]. 北京:机械工业出版

社, 1983.

[5]　关醒凡. 现代泵技术手册[M ]. 北京:宇航出版社, 1995. [6]　SH 3057—94, 石油化工企业落地式离心泵基础设计规范

[S ].

[7]　张德姜. 石油化工装置工艺管道安装设计手册[M ]. 北京:

中国石化出版社, 2005.

[8]　AP I 611, 石油、化工及天然气工业用一般用途汽轮机[S ]. [9]　AP I 677, 石油、化工及天然气工业用一般用途齿轮装置[S ]. [10]　AP I 671, 石油、化工及天然气工业用特殊用途联轴器[S ].

3　结束语

随着石油化工装置朝着大型化方向发展, 装置中的反应进料泵、除焦泵、给水泵等多级离心泵必将