切割叶轮改善离心泵振动

贺俊良 李林东 李旭林

昆明醋酸纤维有限公司，中国·云南 昆明 650051

离心泵；振动；温度；叶轮切割

1 引言

离心泵轴承振动有效值是表征设备性能的重要参数，中国国家标准《GB 50275-2010 风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范》中根据泵的类别规定了泵的振动速度有效值的限值，其中第二类泵振动速度有效值限值为≤4.5 mm/s。我厂甲醇洗工段主洗甲醇泵为单级离心泵，型号：ZE150-5450，额定扬程：278m，额定流量：282m3/h，额定转速2985r/min，电机额定功率：400KW，额定电流：46.5A。泵实际操作的运行参数入口压力：0.15MPa，出口压力：2.65MPa，流量：240 ～250 m3/h，入口温度：-38℃。该泵在运行过程中电机容易烧坏，泵体轴承箱震动大，轴承温度过高，泵轴多次折断。2020年3月16日电机再次烧毁，更换电机、更换泵轴、更换机械密封、更换轴承后回装，运行15 天后电机再次烧毁，并且更换轴承后轴承箱体振动未有明显改善[1]。

2 叶轮切割

泵体结构如下图所示：

轴承A 为圆柱滚子轴承，型号：NU312；轴承B 为两套角接触球轴承背靠背使用，型号：7312。轴承A、B 处轴径均为60mm，3月16日电机烧毁后，更换轴承A 和轴承B，轴承为SKF 产商制造，更换完成开车两小时内测得两处温度和振动有效值如下表：

项目 时间 20min 40min 60min 80min 100min 120min轴承A温度 59℃ 67℃ 66℃ 68℃ 68℃ 68℃振动 20.7 20.4 19.8 20.1 20.8 20.7轴承B温度 66℃ 74℃ 76℃ 76℃ 78℃ 79℃振动 22.3 22.5 22.1 24.2 23.8 23.8

从测量的数据看，A、B 轴承振动数值远远大于国家标准推荐≤4.5 mm/s 的数值。轴承为新更换轴承，各项安装技术要求符合规定，电机轴与泵轴架百分表找正，轴向与径向误差≤0.10mm，电机负荷端测得温度为54℃左右，振动有效值为1.5mm/s，以往多次检修情况与此类似，由此判断排除振动大是由轴承质量和安装所引起。2019年10月份曾经出现泵轴从轴承A 位置折断的情况，根据这一情况，从力学的角度分析泵轴的断裂形式属于弯矩导致的断裂，而不是扭矩导致的断裂。居于上述情况，分析得出导致轴承温度和振动超标的根源在叶轮，导致轴折断的根源也在叶轮。由于叶轮在运转时的激烈的振动，至使远端轴承B 承受更大的力，从而温度和振动超过正常值；而轴承A 处承受最大弯矩，最终折断泵轴。

3 叶轮切割

该泵叶轮为闭式叶轮，叶轮入口端有5 个Φ8 平横孔，叶轮外径为458mm，额定扬程278m ，额定流量282 m3/h。工艺要求流量为240-250m3/h，因此实际上泵并没有运行在额度流量下，工艺通过减小泵出口阀门开度使泵的流量在250m3/h，阀门开度减小引起泵内出现湍流，紊乱的湍流碰撞叶轮从而导致叶轮激烈振动，最终引发轴承温度和振动超标，更严重时引起泵轴断裂。因此，改变泵的额定流量至250m3/h是解决问题的核心所在[2]。

对一台特定的离心泵，在转速固定的情况下，其扬程（H）、轴功率（P）和效率（η）都与其流量（Q）有一一对应的关系，称之为离心泵特性性能曲线。理论计算表明，叶轮外圆切削使直径变小后，如果直径减小的幅度在20%内，泵效率基本不变。并且切削前后叶轮出口的截面积也可认为大致相等，存在如下比例定律关系：

其中：

Q`，Q—切削改变前、后流量，单位m3/s；

H`，H—切削改变前、后扬程，单位m；

P`，P—切削改变前、后轴功率，单位kw；

D`，D—切削改变前、后直径，单位mm。

在泵的分类、实验设计和产品系列化方面，引入比转速这一概念，用ns表示：

其中：

n—离心泵转速，单位r/min；

Q—流量，单位m3/s；

H—扬程，单位m。

离心泵比转速大小与输送液体的性质无关，而与叶轮的形状及泵的特性有密切关系。可以根据比转速的大小，将泵分为低比转速、中比转速、和高比转速的离心泵，以及比转速更高的混流泵和轴流泵。

（1）根据公式②，计算这台泵的比转速

30＜ns＜80 属于低比转速离心泵，叶轮最大允许切割量为20%。

（2）根据公式①，计算切割后叶轮直径

叶轮切割量约为11.5%，小于20%。2020年4月，将叶轮由原来的450mm 切削减小至400mm，试验解决泵温度高及振动大问题。

4 结语

叶轮切削至400mm 后，更换新轴承、按安装技术要求回转整台泵，开车试运行，试车后两小时内测得两处温度和振动有效值如下表：

项目 时间 20min 40min 60min 80min 100min 120min轴承A温度 51℃ 56℃ 57℃ 58℃ 57℃ 57℃振动 2.7 2.4 2.8 3.1 2.8 2.7轴承B温度 56℃ 54℃ 55℃ 56℃ 58℃ 59℃振动 3.3 3.5 3.1 4.2 3.8 3.8

可以看出，切割叶轮后轴承振动极大的改善，符合国家标准要求，轴承温度也在正常范围内。

实际生产中，常常出现因为工艺变动致使泵不运行在额定流量允许范围内的情况，导致泵体振动过大、轴承温度过高，影响设备运行和工艺运行安全性和稳定性。论文提供了一种改善泵体振动的方法，在实际工程维修中取得很好的效果。