往复式注水泵吸入管线振动原因的现场检测与分析

　　一、前言

　　在某油田现场进行注水泵故障检测的试验时，发现有的注水泵吸入管线振动非常剧烈，以至于与吸入管线接触的水泥地面发生开裂现象，并已经多次修补。该注水泵房内所有的泵均是5ZB—12/42型高压往复式注水泵，结构上不仅在吸入管线上设计有起调节液体流量的空气室，而且在空气室前安装了橡胶缓冲短管。针对这一现象，笔者对吸入管线的振动原因作了现场调研与分析。现场管线分布如图1所示，以AE段为例进行分析。

　　二、吸入管线主振源的分析

　　整个吸入管线系统无外力激振，要使管线振动，先考虑来自外界的位移扰动，作用在吸入管线上的位移扰动将来自泵头A点及地基C、E、G点（如图2所示）。由于泵与吸入管之间接有橡胶短管，由泵传给吸入管的振动很小，且泵底座在水泥基础上用螺栓固定，因而A点扰动效果甚微；而C、E、G点因直接固定在混凝土地基上，其位移扰动不仅很小，而且衰减很快。综上所述，外界的扰动不易使吸入管线产生较大振动，更不易导致水泥地面开裂，不属于吸入管线的主振源。所以只有考虑液体的影响，从液体流程看：吸入管线地面以上部分（AE段）B、D处液体流动方向要发生改变，即经过两次90°的转弯，才能进入吸入空气室处。由冲量定理知，液体将对管壁产生冲击力，若此冲击力未被合适的约束所平衡，就会对管线产生激振作用，即液体流动方向改变可能引起管线振动。

　　进一步理论分析可知:若液体呈脉动流动状态，不仅会因速度变化对管壁产生冲击，而且会因压力变化对管壁施加动压作用，两者的叠加会形成较大的激振力;若液体作周期性脉动，则吸入管线将产生周期性变化的受迫振动，在一定的振动烈度下，管线的某些薄弱环节，如焊口、焊缝等处会因振动疲劳而开裂，甚至使E,点处的水泥地面开裂。

　　根据上述理论分析，结合五缸柱塞泵的固有特性可知:泵往复吸入、排出液体，使液体流量和压力呈现周期性变化，而本研究中泵曲轴以370r/min旋转运动，则每个液缸的吸入次数为370/60=6. 17次/s，加上实际运行中各缸不是同时吸入，而是每隔3600 /5=72。就有一个缸吸入液体，每个缸在吸入液体时都会引起流量变化，各缸的流量在不同时刻叠加后，使得泵入口处的变化更加复杂，变化频率也将增大。上述变化意味着整个吸入管线中流量变化并不均匀，最终结果将导致吸入管中压力的变化不均匀，而压力的变化很容易在管道和液体的弹性作用下迅速传递，液体就会对管壁产生变化的作用力，从而造成吸入管线的振动。在现场，从吸入压力表可看到指针摆动剧烈，摆动幅度大。