往复式柱塞泵管线振动分析及解决措施

往复式柱塞泵管线振动分析及解决措施

闫民力 ,蒲瑞鹏 ,刘明星

长庆油田第三采油厂  陕西 延安 716000

摘要：在我国社会经济水平不断提升的大环境下，我国工业化发展的脚步逐渐加快，化学工业发挥日益重大的作用。往复式柱塞泵是化学工业的重要装备，为使化工生产安全稳定进行，要求化工企业的设备维护部门和技术人员必须加强对往复式柱塞泵维修与保养工作，确保化工生产的关键设备保持良好的状态，从而在实际应用过程中充分发挥作用。

关键词：柱塞泵；振动；脉冲；支撑

引言

一般来讲，往复式活塞氮氢气柱塞泵在日常生活中被简称为往复机、活塞式柱塞泵。作为一种被广泛使用的设备，它可以有效提高机械设备以及气体的压力，同时具有压缩比大、结构设施简单等优点。往复机可有效使原动机的动能向气体压力能方面转变。随着科学技术的日益更新及发展，压力能逐渐被社会各行各业广泛利用。往复机成为社会经济稳步增长中不可缺少的关键性机械设备。而在往复机进行工作的过程中，难免会因各种原因出现故障。而故障的发生会对往复机的运行造成相当大的影响。本文针对往复式活塞氮氢气柱塞泵可能出现的故障及故障出现后可采取的具体补救措施展开论述，希望能对往复机故障检修及运行维护方面起到帮助。

1多级往复式柱塞泵的工作流程分析

所谓多级压缩，就是将柱塞泵的压缩过程分解到指定级数进行，每一级之间进行串联，最终将工艺气体逐级压缩到指定压力的过程。一、二、三级柱塞泵分别有各自的吸入缓冲罐、气缸和段间罐。气体经气缸压缩后进入段间罐，经缓冲后进入级间冷却器。由于气体的压缩过程是升温过程，柱塞泵的输出功率越大，气体的温度变化就越高，因此工艺气体经每一级压缩后均需经冷却器冷却，以有效降低被压缩气体的温度。

2振动原因分析

2.1机械振动引起管线振动

往复式柱塞泵不是一个独立的设备，而是管线、阀门、仪器仪表等设备与之组成的一个刚度较大的机械系统。机械系统在外力的作用下产生振动现象，此振动必然会传递到与之相连的管线上，从而引起管线振动。连接柱塞泵的管线一般会配置相应的支撑装置，由于管线内存在周期性的脉冲，所以管线的振动不是处于自由状态，而是由管线内的周期性脉冲引起的外力振动。由于往复式柱塞泵的固有特性导致其动力源在旋转运动时所产生的不平衡惯性力以及液缸内压力波动性的变化构成了往复式柱塞泵自身振动的原因。

2.2往复机的油封泄漏

随着各大企业无泄漏装置的逐渐建设，对于现场润滑油泄漏管控也越来越严，往复机出现油封问题的原因主要有以下几个方面：其一，在往复机油封的安装时，没有将油封位置安装正确，导致刮回的润滑油无法顺回油孔进行回收。其二，往复机的排油孔因灰尘杂质或细小颗粒等问题造成排油孔不通畅导致油封漏失，第二点为现阶段柱塞泵运行一段时间后较多发生的问题。

2.3流体脉动引起管线振动

当管线内的流体遇到外部干扰时，比如遇到弯头转变流向、阀门调节、管径变化造成流速突变，流体就会对管线产生激振力，激振力作用在管线内部引发管线振动，当此激振力频率与管线系统上的某一设备或者装置的固有频率相同时，就会产生共振，加剧管线的振动。

2.4往复机油压波动

往复式柱塞泵油压波动为运行过程中较容易发生故障的部分，造成这种现象发生的原因有许多。首先，对往复式柱塞泵油泵进行排查，柱塞泵油泵多为螺杆泵或齿轮泵，因其具备自吸功能被行业广泛应用，但油泵使用时间过长或内构件存在问题则将出现油压不稳甚至无油压的情况；其次，检查油泵出口安全阀是否泄漏，若安全阀泄漏或无法关闭则会造成油压不足；自力式减压阀故障，现阶段行业内在润滑油管路上安装自力式减压阀较多，若减压阀故障则可能造成油压波动；最后，检查润滑油路上漏点，管路上润滑油泄漏则会造成油压不足。

3复式柱塞泵管线振动解决措施

3.1共振防止

由管道与内部流体构成的系统具有一系列固有频率，当往复式柱塞泵的激发频率与某阶固有频率相等时，系统及产生对应于该阶频率的共振。当共振发生时，管道内将产生较大的应力和位移，脉动现象将达到极大值。对于往复式柱塞泵管道，通常把管道结构本身和内部的气流视作2个系统，它们均有各自的固有频率，管道设计时既要避免气流共振，又要避免结构共振。结合柱塞泵的振动分析结果，一般通过调整管系中管架支撑的位置和形式，微调管道走向来避开共振。除上述理论设计造成的振动原因外，由于柱塞泵自身的动平衡性能差、安装对中性差、柱塞泵基础施工不当等均会引起机组的振动，从而导致与之相连的管道发生振动。上述问题在柱塞泵安装过程中，应予以避免。

3.2 降低对活塞或气缸等配件的磨损程度

由于设备内部泄漏量的不断增加，当泄漏量累计到一定水平后，就会影响到机械正常的排气工作，进而增加相关部件的损耗程度。在往复机的组装阶段，为有效降低相关部件的损耗程度，应该将气缸与活塞之间的距离进行有效合理的把控，严格依照操作规程或厂家指导说明进行安装。依照活塞材质的不同，对气缸与活塞之间的距离进行不同大小的区别。降低对气缸或者活塞等配件自身的磨损程度，能够一定程度上规避部件内部磨损。

3.3进口管线振动解决措施

以某油田第二油矿注水间为例，该注水间共5台柱塞泵，需同时运行3台泵才能满足井口注入。其中1台柱塞泵的进口振动较大，造成管线上安装的进口传感器部分零件松动失效，存在安全隐患。柱塞泵基础为钢筋混凝土结构，其高度根据现场地质工况来确定，刚性较大，混凝土基础与柱塞泵底座通过埋地螺栓再次浇筑后连接。通过对柱塞泵运行情况的反复勘察，发现地脚螺栓的螺母有松动现象，通过增加垫圈以及在底座空隙处浇灌混凝土等方式加固后，进口管线仍然有振动现象，说明地脚螺栓松动是由管线振动引起的，而不是柱塞泵振动引起的管线振动。经过现场调频试验，当把柱塞泵的变频由25Hz逐渐调至40Hz时，进口管线振动无异常，当频率调至41Hz，进口管线振动明显加大，说明造成进口管线振动的主要原因为柱塞泵的高速运转产生的振动与管线内的介质的流动频率产生共振造成，初步判断吸入口管径过小造成流速过高是进口管线振动的主要因素。

3.4对往复机运行中整体机械的温度进行把控

往复机在运行中所产生的压缩指数、压力以及温度等，都对往复机所排气体的温度产生直接的联系。一般来说，吸入介质温度越低，柱塞泵的排气量越大。为了能使往复机所排气体的温度控制在正常的水平范围之内，就需要对往复机所排气体温度上升的原因进行具体的分析，并得出结论，采取有效的管控措施，对往复机运行中整体机械的温度进行进一步把控。

结束语

总而言之，在化工生产领域自动化技术发展的进程当中，往复式柱塞泵的应用越来越广泛，而优化往复式柱塞泵维修和保养等工作，对提高设备使用寿命以及化工企业经济效益起到十分重要的意义。但因为该类设备内部结构非常复杂，其在生产运行应用过程当中的工作强度也相对较大，因此就要针对该设备维修、保养和诊断等各个方面的工作不断展开深入性的分析和研究，提高对往复式柱塞泵维修和保养的技术水平和工作质量。

参考文献

[1]苟佩佩,王娜,徐瑞,董志刚,王清,康仁科,董闯.柱塞泵用C67300锰黄铜油的润滑摩擦磨损性能[J].中国有色金属学报,2020,30(12):2920-2929.

[2]徐学文,张洪信,赵清海,王东,王新亮.电磁力互动柱塞泵缓冲研究[J].机械制造与自动化,2020,49(06):21-23+31.05.

作者简介：作者简介：闫民力，1971年-男，汉，宁夏银川人，公司首席技师，主要从事采油操作标准化培训，工用具研发及技术创新工作。