檢測(cè)技術(shù)在大型離心泵機(jī)組故障診斷中的應(yīng)用

江立凱，吳曉青，李有森

（深圳市水務(wù)（集團(tuán)）有限公司閥門檢測(cè)及維修分公司，廣東深圳 518000）

0 引言

大型離心泵機(jī)組常見(jiàn)的故障有轉(zhuǎn)軸不平衡、轉(zhuǎn)軸彎曲、不對(duì)中、軸承故障、零部件松動(dòng)、基礎(chǔ)松動(dòng)等多種類型[1]，依靠人員巡檢或設(shè)備本體報(bào)警的故障發(fā)現(xiàn)方式不可避免的存在一定滯后性和突發(fā)性，且對(duì)機(jī)組故障類型、部位及故障程度難以量化估計(jì)，可能導(dǎo)致維修不及時(shí)或過(guò)度維修的情況發(fā)生[2]。為進(jìn)一步提高設(shè)備的維護(hù)管理水平，根據(jù)大型離心泵機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和故障類型，采用振動(dòng)檢測(cè)儀、激光對(duì)中儀和紅外熱成像儀三種精密檢測(cè)儀器對(duì)離心泵機(jī)組進(jìn)行多指標(biāo)狀態(tài)評(píng)估和故障診斷，為其維修管理決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)，使得大型離心泵機(jī)組的故障檢修從經(jīng)驗(yàn)判斷轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)量化分析。以下將舉例說(shuō)明幾種檢測(cè)技術(shù)在大型離心泵機(jī)組故障診斷中的應(yīng)用情況。

1 應(yīng)用舉例

1.1 振動(dòng)、對(duì)中、紅外熱成像聯(lián)合檢測(cè)

某送水泵機(jī)組水泵型號(hào)KPS35-300，水泵兩端軸承型號(hào)為6213，配套電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1480 r/min，功率200 kW，電機(jī)兩端軸承型號(hào)為6319（圖1）。對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，共設(shè)置8 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置及振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由表1 可知，該機(jī)組電機(jī)端垂直位振動(dòng)較大，達(dá)3.9 mm/s，超過(guò)了設(shè)定的報(bào)警值（2.8 mm/s），接近停機(jī)值（4.5 mm/s）。進(jìn)行波形頻譜圖分析，可見(jiàn)其振動(dòng)頻譜中出現(xiàn)明顯的高頻成分，主要峰值頻率分別為122.5 Hz、392.5 Hz、466.2Hz、491.2 Hz、516.2 Hz 等（圖2），高頻峰值兩邊帶有邊頻，且時(shí)域波形圖具有較為明顯的調(diào)制現(xiàn)象（圖3），符合軸承故障特征。此外，工頻（24.7 Hz）峰值也較為凸顯，符合轉(zhuǎn)軸不平衡、對(duì)中角度偏差等故障特征。

表1 振動(dòng)、對(duì)中、紅外熱成像聯(lián)合檢測(cè)時(shí)測(cè)點(diǎn)布置與振動(dòng)測(cè)量值

圖1 機(jī)組結(jié)構(gòu)

圖2 頻譜圖

圖3 波形圖

為進(jìn)一步診斷故障原因，進(jìn)行紅外熱成像檢測(cè)（圖4），發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端軸承位大范圍溫度較高，最高達(dá)65.6 ℃，溫升43.6 ℃（環(huán)境溫度22 ℃），溫升較高說(shuō)明軸承運(yùn)行狀態(tài)不佳，其軸承零件可能存在一定磨損。其次，對(duì)電機(jī)輸出軸與水泵轉(zhuǎn)軸的對(duì)中情況進(jìn)行檢測(cè)（表2），可見(jiàn)其水平和垂直方向角度偏差均超過(guò)參考值，其中垂直方向角度偏差達(dá)0.24 mm（或0.24 mm/100），對(duì)中角度偏差過(guò)大。綜上分析，推測(cè)該機(jī)組電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承可能存在故障成分，建議更換軸承；電機(jī)輸出軸與水泵轉(zhuǎn)軸對(duì)中偏差較大，建議進(jìn)行對(duì)中校準(zhǔn)。

圖4 紅外熱成像檢測(cè)

根據(jù)振動(dòng)、對(duì)中、紅外熱成像聯(lián)合診斷得出的檢修意見(jiàn)，對(duì)該機(jī)組進(jìn)行針對(duì)性的拆機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承內(nèi)環(huán)存在磨損，對(duì)其進(jìn)行更換；并對(duì)機(jī)組軸系進(jìn)行對(duì)中校準(zhǔn)，檢修后機(jī)組的振動(dòng)值降到報(bào)警值之內(nèi)（表1），運(yùn)行噪聲明顯降低，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

表2 激光對(duì)中檢測(cè)結(jié)果

1.2 振動(dòng)、對(duì)中聯(lián)合檢測(cè)

某送水泵機(jī)組水泵揚(yáng)程44 m，流量5004 m3/h，水泵兩端軸承型號(hào)為6326，配套電機(jī)為定速電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速1490 r/min，功率560 kW，電機(jī)兩端軸承型號(hào)為NU228EC3（圖5）。該機(jī)組頻繁出現(xiàn)運(yùn)行溫度過(guò)高、噪聲大等問(wèn)題，且軸承損壞較快，經(jīng)多次拆機(jī)維修仍無(wú)法徹底根治。對(duì)該機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，共設(shè)11 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置及振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

由表3 可知，該機(jī)組水泵端的振動(dòng)值較大，其中水泵驅(qū)動(dòng)端垂直位振動(dòng)達(dá)5.5 mm/s，超過(guò)了停機(jī)值（4.5 mm/s），認(rèn)為該振動(dòng)烈度可能會(huì)損壞機(jī)組。進(jìn)行振動(dòng)分析，水泵端振動(dòng)波形圖近似正弦波（圖6），而振動(dòng)頻譜以工頻（24.8 Hz）為主（圖7），其他倍頻成分所占比例較少，且該振動(dòng)特征在徑向和軸向均有體現(xiàn)，符合轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)軸彎曲或?qū)χ薪嵌绕畹裙收咸卣?。為進(jìn)一步排查故障原因，進(jìn)行激光對(duì)中檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

圖5 機(jī)組結(jié)構(gòu)

表3 振動(dòng)、對(duì)中聯(lián)合檢測(cè)時(shí)測(cè)點(diǎn)布置與振動(dòng)測(cè)量值

圖6 波形圖

圖7 頻譜圖

表4 機(jī)組激光對(duì)中檢測(cè)結(jié)果

可見(jiàn)該機(jī)組對(duì)中狀態(tài)較為良好，故可排除對(duì)中偏差故障。綜上分析，振動(dòng)超標(biāo)的原因可能為轉(zhuǎn)子不平衡或轉(zhuǎn)軸彎曲引起，可能存在水泵葉輪磨損缺失、汽蝕、結(jié)垢不均，或轉(zhuǎn)軸受力變形等故障成分，因此，建議對(duì)泵體轉(zhuǎn)動(dòng)部件進(jìn)行動(dòng)平衡檢驗(yàn)。

根據(jù)振動(dòng)及對(duì)中分析得出的檢修意見(jiàn)，對(duì)該機(jī)組進(jìn)行針對(duì)性的拆機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)葉輪存在較為嚴(yán)重的氣蝕現(xiàn)象，葉輪表面有明顯的凹孔（圖8），進(jìn)行動(dòng)平衡檢驗(yàn)（圖9），結(jié)果顯示葉輪最大不平衡面偏差達(dá)431 g，葉輪不平衡超標(biāo)，與振動(dòng)分析結(jié)論一致。因此，對(duì)葉輪進(jìn)行動(dòng)平衡修補(bǔ)，維修后機(jī)組的振動(dòng)值明顯降低（表3），且振動(dòng)頻譜無(wú)明顯故障特征成分。

圖8 氣蝕現(xiàn)象（局部）

圖9 動(dòng)平衡檢測(cè)

2 結(jié)論

振動(dòng)、激光對(duì)中及紅外熱成像2 種檢測(cè)技術(shù)各有其適用范圍和敏感區(qū)域，實(shí)踐證明，聯(lián)合采用這2 種檢測(cè)技術(shù)，可對(duì)大型離心泵機(jī)組常見(jiàn)故障問(wèn)題進(jìn)行綜合診斷，且2 種檢測(cè)結(jié)果相互驗(yàn)證，使得診斷結(jié)論更加精準(zhǔn)可靠，為離心泵機(jī)組的維修決策提供有效參考，從而有效提高維修效率、節(jié)約維修成本。