粗汽油油泵的振动分析

粗汽油油泵的振动分析及消振改造

作者:陈建荣 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:48 发布时间:2018-08-09
粗汽油泵为炼油装置中的一个重要动力设备,其工作稳定性对装置的安全生产意义重大,振动是反映一个动力设备是否正常工作的一个重要指标,直接影响机械密封、轴承的寿命,严重时可能会造成断轴、联轴器损坏等故障,石化企业流传着“万恶振为首”的说法。
粗汽油油泵的振动分析

上海石化5#炼油装置P2202A粗汽油油泵为该装置的关键设备,自投入生产使用后,整机振动较大,处于D区运行。该泵为单级双吸两端支撑BB2泵型(图1),正常运行时流量处于额定流量点附近,进口蜗壳存在不正常的“异响”。期间经过对中、动平衡、进出口管道等的检查,更换轴承等措施,效果不是很理想。严重影响装置的长周期安全运转。其参数如下:

型号:200AYS150;结构:BB2;

流量: 238.5 m3/h;扬程:140 m;

NPSHr:5.4 m;介质:粗汽油;

温度:40℃;比重:0.698;

转速:2 950 r/min;电机功率:180 kw;

密封:机械密封;冲洗方案:Plan11。

设备

以下是该泵振动频谱,从频谱上看,驱动侧水平在50 Hz时振动速度最大,值为9.59 mm/s;驱动侧竖直200 Hz时振动,值为2.06;非驱动侧水平50 Hz的振动,值为9.51;非驱动侧竖直200 Hz的振动值最大值为3.28;非驱动侧轴向振动比较小,150Hz时振动值为0.83。

原因分析

1.频谱分析

图

图

图

图图

上述频谱上可以明显看出50 Hz左右的振幅最大,其次是200 Hz左右,轴承体水平方向振动来看,从0~1 000 Hz都有振动发生,200 Hz附近的最为明显。该泵的转速为2 980 r/min,50 Hz为1倍频,通常有不平衡、不对中、轴弯曲及松动等几种原因。通过解体发现该泵叶轮为4叶片的,结合水平及轴向振动频谱,可以判断出该泵处于汽蚀的状态。另外,查阅相关资料,发现该泵的装置汽蚀余量NPSHa=6 m,跟泵的必须汽蚀余量比较接近。

叶轮

叶轮进口

2.结构分析

从结构上看,该泵驱动侧轴承通过衬套安装到轴上,衬套和轴之间有间隙,装配时比较轻松的装上去了,这种结构容易形成基频振动。API610要求轴承过盈固定到轴上,轴承外圈可以有
间隙。

3.汽蚀分析

汽蚀的本质是在低压区域(通常是在叶轮进口稍后的位置),抽送液体的绝对压力降低到当时温度的汽化压力时,液体便开始汽化,产生蒸汽并形成气泡。这些气泡随液体向前流动,至某高压处时,气泡周围的高压流体,致使其急聚缩小以致破裂(凝结)。在凝结的同时,周围流体质点将以高速填充空穴,发生相互撞击而形成600~25 000 Hz的强烈冲洗,压力达49 MPa。叶轮上叶片较为狭长,且直径由小逐渐增大,气泡破裂作用到叶片上的力相对较多。这是200 Hz频率附近,叶轮振幅较大的主要原因。

实施措施

针对现有的问题,在现有基础上为了彻底消除振动,将振动降低到GB/T 29531-2013《泵的振动测量与评价方法》的范围以内。首先检查装置进口管线是否可以优化。其次,在不动泵体泵盖的前提条件下,满足原叶轮安装尺寸设计加工一套新转子及轴承箱。

1.进出口管线检查

进口的管线布局比较合理,弯头的数量已经达到最少,而且进口过滤器在前期检查时已经去掉,进出口管线通过弹性支撑连接,泵出口有2D的直管段后接变径,再接弯头,这说明管道优化的空间已经很小。

叶轮

轴承体结构

yl   

叶轮叶片三维造型

   叶轮

双吸叶轮流道实体造型

2.叶轮的设计

利用PCAD设计几组泵体及叶轮水力模型,采用Pro/Engineer软件进行几何建模,通过GAMBIT对其进行网格划分,利用FLUENT进行内部流场数值模拟计算。适当地延长吸水室的进水口和蜗壳的出水口以保证进出口边界不位于重要流动变化区域。

在Pro/E三维扭曲叶片造型文件进行三维造型,生成的叶片如图9所示。数值模拟所研究的对象是流体,因此要对流体进行实体造型,得到流道的三维实体模型图造型结果如图所示。

设计

模型1叶片静压图

设计

模型2叶片静压图

设计

模型1叶片工作面静压分布

设计

模型1叶片背面静压分布

设计

 模型2叶片工作面静压分布

设计

模型2叶片工作面静压分布

用前处理程序Gambit中读入stp格式的三维图,以进行网格划,最后用FLUENT软件对两组模型在额定工况下的内部流动进行了分析,内部流场分析计算结果如图所示。

通过对比,模型1叶片进口静压低,容易发生汽蚀。最终将模型2作为叶轮最终方案。然后进行后续生产,为了尽可能的降低泵的必须汽蚀余量NPSHr,叶轮流道采用抛丸、抛光的措施进行生产。

3.轴承箱的优化

采用一体式高强度轴承箱,径向轴承采用内外圈可分离承载能力强的重载NU系列轴承,轴承内圈过盈装配到轴上;非驱动侧采用成对背靠背角接触球轴承定位,与轴的配合为过渡配合;为了提高轴系的刚度,叶轮通过过盈装配到轴上。

 改造后泵的结构图

 改造后泵的结构图

改造效果

通过上述改造,开车后发现轴承箱上振动降低很多,达到GB/T 29531-2013《泵的振动测量与评价方法》的要求,蜗壳内噪音也消除了。

结语

通过该泵的消振改造,总结出了对于机泵振动分析诊断的基本步骤和常用解决措施,即“审查内外,四诊合参”的方法。遇到机泵振动超标的情况,首先需要采集频谱,结合振动频率具体分析判断,核查泵是否处于非正常工况运行(偏流量运行、汽蚀等,通常都有叶轮通过频率),检查对中(径向为1倍频,端面为2倍频)、转子动平衡、松动、基础不稳及管道问题(低频振动)。为石化厂类似泵振动问题的解决提供了一定指导意义。

  • 2018ACHEMA阿赫玛展会

    2018ACHEMA阿赫玛展会

    时间:2018-05-17

    地点:德国法兰克福

    德国国际化学工程、环境维护和生物技能展ACHEMA,中文简称“阿赫玛展”,由德国德西玛化工与生物技能协会主办,每三年一届。自1920年举行首届以来,至今已经成功举行了31届。阿赫玛展已经走过96年的辉煌前史,是毫无争议的被业界认可的国际流程工业的顶尖论坛,是化学工业、环境维护和生物技能范畴规划最大,最具影响力的专业展会。 [详细]

  • 2018中国国际流体机械展览会

    2018中国国际流体机械展览会

    时间:2018-08-07

    地点:上海世博展览馆

    为充分展示流体机械行业改革、创新的最新成果,开拓国内外市场,有效推动流体机械国内外、供需间、产学研的交流与合作,扩大优秀企业和优质产品宣传,中国通用机械工业协会在已成功举办前八届“中国国际流体机械展览会”的基础上,定于2018年10月26日—28日在上海世博展览馆举办“2018第九届中国(上海)国际流体机械展览会(IFME)”。本届展会的主题为“绿色节能 创新发展”。 [详细]

  • 智能制造@流程工业

    智能制造@流程工业

    时间:2017-07-24

    全面调研报道中国流程工业智能制造现状和趋势,展示智能制造领先的技术、产品和全厂解决方案,分享企业的智能制造建设经验。 [详细]

  • 全球化工行业回顾与展望

    全球化工行业回顾与展望

    时间:2018-02-09

    回顾2017年全球化工行业大事、市场动态及技术产品,展望未来3年的行业发展趋势! [详细]

  • 李树德:生物制药的质量体系

    李树德:生物制药的质量体系

  • 2018流程工业设备维护与检测高峰论坛

    2018流程工业设备维护与检测高峰论坛

    时间:2018-03-08

    地点:北京·中国国际展览中心(新馆)

    PROCESS流程工业将于2018年3月28日,cippe(第18届中国国际石油石化技术装备展览会)期间举办“第三届流程工业设备维护与检测技术论坛”。本论坛围绕目前企业普遍关心设备智能化管理,设备可靠性管理,全寿命周期管理和预知性维护管理等主题开展。为行业提供一个良好的学习交流平台。为参会者提供权威的指导,专业有效的咨询服务。 [详细]