离心泵出口管线振动分析及处理

    一、问题的提出

    某加氢裂化装置原料油加压离心泵有5 级叶轮，叶轮叶片数z1=6，导叶叶片数 z2=9，进口压力 0.15MPa，出口压力 18.4MPa，泵转速为 5810r/min。试车时，发现其排出管线振动较大，管线上电动阀振动位移达0.8mm，管线末端振动幅度达 1mm，泵出口压力表指针摆动幅度为出口压力的2.7%～5.4%，出口流量表指针摆动幅度为6%～10%，管道振动的程度远超正常状况，影响装置的安全运行，必须加以解决。

    二、振动测试与分析

    泵体由于支承刚性较好，振动并不大，轴承外壳的通频振幅为2.51mm/s，在允许的振动范围内。阀门处的主振动频率为9Hz，是单向阀和电动阀组系统的自振频率，波形呈周期性的冲击衰减波。因此，可以排除泵安装不合理的情况。

    由于出口压力表指针和流量表指针的大幅摆动，排出管线上可监听到管道中流体有不均匀、不稳定的流动声，估计管道内流体存在较大的压力脉动，泵的出口压力和流量极不稳定，这应该是引起管线振动的直接原因。为了找出问题所在，分别在泵的轴承上、振动较大的出口管线上以及管线末端采集振动信号，并测量泵的出口管线内流体的压力脉动信号。

    为了确定管系振动是否由流体的压力脉动引起，对管道中的流体进行脉动测试与分析。

   （1）图 1 是流体压力脉动的时域信号，图中高频波呈高低起伏，起伏波动的频率为 7Hz，即管系的自振频率。压力波动幅度的最大值为 147～176mV，平均压力的直流分量为 5.5V，则压力的不均匀度 δ＝0.027～0.032。观察泵出口压力表的指针摆动情 况 ， 在 p0=18.4MPa 的平均压力下，指针的摆 幅 为0.5 ～1MPa，所显示的压力脉动不均匀度也与图1得到的结果 基 本 相同。在这样的压力不均匀度下，管内压力脉动的幅值（偏离平均压力的最大幅值）为：

Δp＝δp0/2＝0.25～0.29，MPa

    管道的内径为132mm，当脉动幅值遇到直角弯头时，脉动压力对弯头的冲击力幅值为：

ΔF=2ΔpSsin45°=4835～5608，N

    式中S———管道截面积，mm2

    在每一管道转弯处作用了这样大的力，必然会引起管道很大的振动。当流体遇到阀门或异管等截面收缩的地方，也会产生很大的冲击力。

   （2）图 2 是流体压力脉动的频率信号，频谱图中出现 3 种主要频率成分：①5～10Hz 频率成分是占有最大峰值的主要部分，如上所述，这是管系的自振频率。②291Hz 频率成分是泵转速频率（97Hz）的 3 倍，该泵叶轮叶片数 z1=6，导叶叶片数 z2=9，根据相关研究，是两种叶片的最大公约数产生了该脉动频率。③680Hz 频率成分是泵转速频率的 7 倍，这一频率成分似乎与泵的工频和管系自振频率的联合作用有关。