泵友圈動(dòng)設(shè)備群技術(shù)交流第48期 原創(chuàng)   Winnie整理 泵友圈     2025年09月27日 08:47         

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   1        問       請(qǐng)教一個(gè)問題，我們現(xiàn)場(chǎng)有一條八寸、長(zhǎng)約四五百米的管線，上游通過一臺(tái)離心泵輸送到一臺(tái)計(jì)量泵，再由計(jì)量泵輸送到反應(yīng)器。當(dāng)運(yùn)行在某一特定流量區(qū)間時(shí)，管道振動(dòng)非常劇烈，但一旦越過該區(qū)間，振動(dòng)即消失。泵入口已設(shè)置阻尼器。 

 起初懷疑與計(jì)量泵的脈沖特性有關(guān)，嘗試通過調(diào)整計(jì)量泵沖程、提高轉(zhuǎn)速以達(dá)到目標(biāo)流量，但只要進(jìn)入原流量區(qū)間，振動(dòng)就明顯重現(xiàn)，超出該區(qū)間后振動(dòng)迅速減弱。 我們已加裝管道支撐，但振動(dòng)時(shí)支架也隨同晃動(dòng)，無(wú)法有效抑制。請(qǐng)問各位同行是否遇到過類似情況？值得注意的是，振動(dòng)并非由計(jì)量泵脈沖單獨(dú)主導(dǎo)。 

 可將該管線分為三段：從裝置A的離心泵出發(fā)，跨越長(zhǎng)管廊，接入裝置B的計(jì)量泵入口。離心泵近端管道無(wú)明顯振動(dòng)，計(jì)量泵入口及出口段也基本穩(wěn)定，唯獨(dú)中間跨越管廊的長(zhǎng)直段振動(dòng)劇烈。輸送介質(zhì)為液態(tài)物料，溫度約40℃，無(wú)氣化現(xiàn)象；反應(yīng)器壓力約7–8 MPa（70–80 kgf/cm²），出于工藝安全考慮未設(shè)回流管線。奇怪的是，流量較低或較高時(shí)振動(dòng)小，僅在中間某一流量區(qū)間振動(dòng)劇烈，而該區(qū)間恰為某些產(chǎn)品生產(chǎn)所需，故問題尤為突出。 

 答1：這種情況與典型的水錘或脈動(dòng)引發(fā)的共振現(xiàn)象高度相似。雖然傳統(tǒng)水錘通常隨流量增大而加劇，但在長(zhǎng)距離輸送系統(tǒng)中，當(dāng)計(jì)量泵的往復(fù)頻率（或其諧波）與管道系統(tǒng)的某一階固有頻率接近或重合時(shí)，會(huì)激發(fā)機(jī)械共振，導(dǎo)致特定流量區(qū)間內(nèi)振幅急劇放大，形成“共振峰”。一旦流量偏離該頻率匹配區(qū)間，激勵(lì)源與系統(tǒng)固有頻率脫開，振動(dòng)自然衰減。因此，振動(dòng)只出現(xiàn)在特定流量段，符合流致振動(dòng)中的“頻率鎖定”特征。 

 提問者反饋：正常水錘或與計(jì)量泵脈沖相關(guān)的情況，一般流量越大振動(dòng)越強(qiáng)，但我們實(shí)際是僅在中間某區(qū)間劇烈振動(dòng)，一過即消，且該區(qū)間為生產(chǎn)必需，令人困擾。 

 答2：1）入口管道阻尼器偏小，入口管道直徑8寸，長(zhǎng)度400到500米，小阻尼器很難對(duì)大管道的穩(wěn)流。  2）共振，計(jì)量泵流量，往復(fù)次數(shù)等頻率與管道固有頻率相同時(shí)，會(huì)帶動(dòng)管道發(fā)生共振。  3）計(jì)量泵液體排出時(shí)，入口單向閥關(guān)閉，相當(dāng)于離心泵出口關(guān)閉，可能會(huì)短時(shí)間在離心泵出口發(fā)生正水錘現(xiàn)象，這種現(xiàn)在可能會(huì)和共振一起被放大。  4）建議在離心泵出口管道與計(jì)量泵入口管道之間距離計(jì)量泵小于5米范圍內(nèi)安裝一個(gè)緩沖罐。離心泵將物料輸送到緩沖罐內(nèi)，計(jì)量泵從緩沖罐底部抽出再打到反應(yīng)器。  5）或者建議避開管道振動(dòng)劇烈的位置，近計(jì)量泵的位置安裝補(bǔ)償器試試。   

   2        問       現(xiàn)場(chǎng)有一臺(tái)塔底離心泵出現(xiàn)了振動(dòng)過大的情況，從數(shù)據(jù)表參數(shù)看沒發(fā)現(xiàn)問題。業(yè)主想找一家專業(yè)的做CFD分析模擬。 

 由于振動(dòng)問題，業(yè)主反饋：1. 液位沒問題，運(yùn)行時(shí)始終在LC（低液位控制）之上；2. NPSH裕量充足；3. 最小實(shí)際運(yùn)行流量尚未安裝流量計(jì)，需進(jìn)一步核查；4. 泵入口無(wú)堵塞，但機(jī)封每年需更換一次。 

 答1：我們之前遇到類似的問題，從所有的計(jì)算看，都沒有問題，但就是汽蝕振動(dòng)。如果泵本身沒有機(jī)械問題，泵廠家出廠時(shí)提供的必須汽蝕余量也是對(duì)的，大概率還是現(xiàn)場(chǎng)的工況所提供的有效汽蝕余量太小導(dǎo)致。我們當(dāng)時(shí)抬高了液位，入口管線做了調(diào)整，減少阻力，在滿足運(yùn)行功能的情況下，切削了葉輪直徑，讓泵必須的汽蝕余量小一些。 

 答2：以往處理的此類案例中，多數(shù)根本原因?yàn)楸眠x型超配。初期工藝提資時(shí)，使用方為確�！叭f(wàn)無(wú)一失”，往往提供偏高的流量、揚(yáng)程參數(shù)；設(shè)計(jì)院在此基礎(chǔ)上再留安全余量，導(dǎo)致最終選型泵遠(yuǎn)大于實(shí)際運(yùn)行需求。結(jié)果泵長(zhǎng)期在極低流量區(qū)運(yùn)行，遠(yuǎn)離最佳效率點(diǎn)（BEP），引發(fā)內(nèi)部回流、徑向力失衡、壓力脈動(dòng)加劇，甚至誘發(fā)次同步振動(dòng)或汽蝕，表現(xiàn)為劇烈振動(dòng)和密封頻繁失效。 

 通常會(huì)主泵加裝變頻調(diào)速裝置，實(shí)現(xiàn)流量按需調(diào)節(jié)，使泵運(yùn)行在高效區(qū)；或者備用泵葉輪切削至匹配實(shí)際工況，避免雙泵均處于“大馬拉小車”狀態(tài)。 

 提問者反饋：從現(xiàn)有參數(shù)看，NPSHa比NPSHr高出兩米以上，理論上應(yīng)無(wú)汽蝕風(fēng)險(xiǎn)。我懷疑實(shí)際運(yùn)行流量低于泵的最小連續(xù)穩(wěn)定流量（MCSF），即所謂“泵選大了”。一般管道管徑也足夠。數(shù)據(jù)表上額定流量約1400 m³/h，但根據(jù)電機(jī)電流反推，實(shí)際運(yùn)行流量?jī)H約750 m³/h。 

 答3：與設(shè)計(jì)院討論泵及管道振動(dòng)問題時(shí)，需基于以下前提：泵本體無(wú)機(jī)械故障（如軸承損壞、葉輪破損等），且入口過濾器或管路無(wú)堵塞。在此條件下，可能引發(fā)振動(dòng)的原因主要包括： 

 1）儲(chǔ)液容器液位過低：當(dāng)泵吸入口液位偏低時(shí)，易在入口形成渦流或旋渦，導(dǎo)致氣體裹挾進(jìn)入泵腔，引發(fā)汽蝕或氣液兩相流，造成壓力脈動(dòng)和振動(dòng)。尤其在低液位工況下，吸入流態(tài)不穩(wěn)定，加劇泵體及管道振動(dòng)。 2）吸入管徑偏小：若吸入管道管徑設(shè)計(jì)過小，會(huì)導(dǎo)致流速過高，增加摩擦阻力和局部壓降，使泵入口有效汽蝕余量（NPSHa）降低，接近或低于泵必需汽蝕余量（NPSHr），從而誘發(fā)汽蝕。汽蝕產(chǎn)生的氣泡破裂會(huì)引起劇烈振動(dòng)和噪聲，且多集中在泵體及近端管道。 3）泵型選型過大（“大馬拉小車”）：泵選型過大導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行流量遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，長(zhǎng)期在低流量區(qū)或偏離最佳效率點(diǎn)（BEP）運(yùn)行。 

   3        問       如圖，返廠維修后第一次試泵就碎了，啟泵一兩分鐘，突然發(fā)出巨大聲響，請(qǐng)問怎么回事？開泵前已盤車，無(wú)卡阻；啟動(dòng)時(shí)竄動(dòng)量未在線監(jiān)測(cè)。泵出口為手動(dòng)閥，通過人工開啟，設(shè)有最小回流線，回流線采用孔板式設(shè)計(jì)。       

 答1：從斷口形貌看，靜環(huán)碎裂嚴(yán)重，呈放射狀裂紋，可能原因：一是密封壓縮量設(shè)置過大，導(dǎo)致靜環(huán)承受過大的軸向預(yù)緊應(yīng)力；二是靜環(huán)本身存在隱性損傷（如運(yùn)輸、安裝過程中的磕碰或熱應(yīng)力裂紋）。從顏色判斷，疑似無(wú)壓燒結(jié)碳化硅（SiC），該材料雖硬度高、耐腐蝕，但抗沖擊和抗彎強(qiáng)度較低，一旦受力不均或預(yù)緊過度，極易發(fā)生脆性斷裂。碎成如此程度，說明瞬間應(yīng)力極大，非正常運(yùn)行所致。 

 答2：我判斷主要原因要么是安裝時(shí)壓蓋過緊，導(dǎo)致靜環(huán)端面變形或應(yīng)力集中；要么是備件本身帶有制造或修復(fù)缺陷（如微裂紋、晶界缺陷）。沖洗系統(tǒng)問題可能性較低：若沖洗不良，通常表現(xiàn)為密封面熱裂（熱應(yīng)力裂紋呈蜘蛛網(wǎng)狀）、O型圈碳化或干磨痕跡，而非整體碎裂。而本例為突發(fā)性機(jī)械破碎，指向裝配或部件質(zhì)量問題。 

 答3：最有可能的原因是密封靜環(huán)安裝時(shí)受力不均，即壓蓋螺栓緊固不勻或密封腔端面不平，導(dǎo)致靜環(huán)端面產(chǎn)生偏心壓緊。運(yùn)行中，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)摩擦面之間產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)剪切力，使脆性材料（如碳化硅）承受交變彎矩，迅速引發(fā)裂紋并擴(kuò)展至整體碎裂。此類問題在多點(diǎn)緊固的密封壓蓋中常見，尤其當(dāng)未采用對(duì)角、分步、多次緊固工藝時(shí)。 

 答4：預(yù)緊力過大是關(guān)鍵因素。若安裝時(shí)未按廠家規(guī)定的力矩緊固，或使用普通扳手而非扭矩扳手，極易造成局部過緊。即使整體壓縮量在允許范圍，偏心緊固也會(huì)導(dǎo)致靜環(huán)單側(cè)應(yīng)力超標(biāo)。碳化硅雖耐壓，但抗拉和抗彎性能差，輕微的彎曲應(yīng)力即可引發(fā)斷裂。至于“緊到摩擦生熱致碎”屬于低級(jí)誤判，因干摩擦通常導(dǎo)致熱裂而非瞬時(shí)爆裂。 

 答5：我曾遇到類似案例：維修后尚未驗(yàn)收，生產(chǎn)單位擅自投入聯(lián)鎖，進(jìn)口閥未開啟，泵啟動(dòng)后空轉(zhuǎn)，操作人員發(fā)現(xiàn)后直接開啟進(jìn)口閥，造成介質(zhì)瞬間沖擊，泵腔壓力驟變，導(dǎo)致機(jī)封靜環(huán)因水錘效應(yīng)碎裂。此類事故雖與本例不完全相同，但提醒我們：?jiǎn)⒈贸绦虿灰?guī)范、閥門操作順序錯(cuò)誤，可能引發(fā)劇烈壓力波動(dòng)，疊加密封本體應(yīng)力，導(dǎo)致災(zāi)難性失效。   

   4        問       如圖，此泵近一個(gè)月來，流量有持續(xù)下降趨勢(shì)，什么原因呢？拆檢時(shí)有什么注意事項(xiàng)要關(guān)注的。紅色圓圈是到泵時(shí)流量，兩個(gè)泵都有此現(xiàn)象。           

 答1：該泵為BB2型（兩端支承、單殼體、軸向剖分式）多級(jí)離心泵，結(jié)構(gòu)上只能從驅(qū)動(dòng)端或非驅(qū)動(dòng)端一側(cè)拆卸，檢修時(shí)需整體抽出轉(zhuǎn)子組件。若介質(zhì)中含有固體顆粒或雜質(zhì)，極易在葉輪入口、口環(huán)間隙或級(jí)間導(dǎo)葉流道內(nèi)積聚，造成通流面積減小，導(dǎo)致流量持續(xù)下降。拆檢時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查： 1）葉輪、導(dǎo)葉、蝸殼等流道表面是否有磨損、結(jié)垢或顆粒堆積； 2）口環(huán)（耐磨環(huán)）間隙是否因磨損而增大，導(dǎo)致內(nèi)泄漏增加； 3）轉(zhuǎn)子軸向定位是否準(zhǔn)確，避免葉輪與導(dǎo)葉錯(cuò)位影響水力性能。 

 答2：看看是否有入口過濾器部分堵塞，或者發(fā)生輕微汽蝕。 

 答3：應(yīng)檢查電機(jī)運(yùn)行電流是否發(fā)生變化。若電流明顯下降，說明泵實(shí)際負(fù)載減輕，可能因流量減小、揚(yáng)程降低或介質(zhì)密度變化所致，支持“流量下降”判斷； 若電流上升，則可能存在機(jī)械摩擦、軸承損壞或轉(zhuǎn)子卡滯等故障，需排查內(nèi)部磨損或裝配問題。 

結(jié)合電流趨勢(shì)可輔助判斷故障性質(zhì)：流量下降伴隨電流下降，更傾向于是水力性能退化（如堵塞、汽蝕、內(nèi)漏）；若電流上升，則需警惕機(jī)械故障。 

   5        問       我們用的離心泵，一個(gè)月左右就要換軸承，最初配的是天馬軸承，后來?yè)Q成人本，現(xiàn)在用NSK，仍然是不超過兩個(gè)月就壞。泵開起來沒有問題，振動(dòng)、噪音均正常，揚(yáng)程未超，運(yùn)行溫度正常，油位正常，接地良好。除電機(jī)和底座外，泵殼、制造廠主軸、支架均已更換。這臺(tái)泵的流量是120 m³/h，揚(yáng)程60米，電機(jī)功率55 kW，4極電機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)兩臺(tái)泵情況相同，均不超過兩個(gè)月必須更換軸承，最短的一次僅運(yùn)行一周即失效。     

 答1：軸承頻繁失效但運(yùn)行參數(shù)（振動(dòng)、溫度、噪音）正常，說明問題可能不在常規(guī)運(yùn)行工況，而在于軸承選型、安裝或受力狀態(tài)不匹配。若軸承為NU2312（圓柱滾子軸承）與7311AC（角接觸球軸承）組合結(jié)構(gòu)，則典型配置為： NU2312：非驅(qū)動(dòng)端，僅承受徑向載荷，允許軸向自由伸縮； 7311AC：驅(qū)動(dòng)端，角接觸球軸承，作為定位端，承受軸向力和部分徑向力。 

 若鋼球表面出現(xiàn)剝落或壓痕，可能是振動(dòng)沖擊或啟停頻繁導(dǎo)致的“布氏壓痕”（Brinelling），即靜止?fàn)顟B(tài)下滾珠在載荷作用下壓入滾道形成塑性變形，啟動(dòng)后發(fā)展為疲勞剝落。此外，若定位端軸承預(yù)緊不當(dāng)，也會(huì)加劇早期失效。 

 提問者反饋：剛才軸承型號(hào)是NU2312、7311AC。 

 答2：7311是角接觸球軸承，安裝需要測(cè)量調(diào)整組合角接觸球軸承軸向游隙。很多廠家都說自己軸承配對(duì)沒問題，但是在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際可能數(shù)據(jù)偏小或者偏大。AC也可以的，但是需要調(diào)整這個(gè)游隙。 

 AC代表接觸角是25度，內(nèi)外圈與球接觸的連線泵軸中心線的夾角。 

 BECBP，第1個(gè)B的意思是40度接觸角。 

 73系列軸承是軸向定位軸承，承受軸向載荷和部分徑向載荷。所以接觸角越大，承載能力越大。AC承載能力小一些，但是軸向游隙調(diào)好了，也是沒問題的。   

   6        問       往復(fù)式壓縮機(jī)，介質(zhì)是氫氣，閥蓋漏油，不漏氣是啥原因？     

 答1：在氫氣往復(fù)式壓縮機(jī)中，閥蓋出現(xiàn)漏油但不漏氣的現(xiàn)象，常見原因是：潤(rùn)滑系統(tǒng)注入氣閥的潤(rùn)滑油在高壓氣體作用下被攜帶至閥蓋密封區(qū)域積聚，當(dāng)閥蓋密封不嚴(yán)時(shí)，油被高壓氫氣“頂出”或滲出。雖然氫氣分子極小、易泄漏，但若O型圈與密封面仍保持基本貼合，可能暫時(shí)阻止氣體逸出（即密封對(duì)氣體仍有效），但無(wú)法完全阻隔液態(tài)油的滲漏（因油的表面張力和流動(dòng)性不同）。此外，注油量過大或回油不暢也會(huì)加劇油在閥蓋處的積聚。 

 答2：閥蓋漏油通常與預(yù)緊力不足或密封面不平有關(guān)。若判斷為緊固不到位，可嘗試對(duì)稱、均勻地重新施加扭矩至制造商規(guī)定值。但需注意：過度緊固可能導(dǎo)致O型圈擠壓變形、切邊或閥蓋開裂，反而加劇泄漏。 

 提問者反饋：閥蓋用的O型圈，已經(jīng)緊不動(dòng)了。   

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