離心泵機組振動故障診斷與分析

許小丹

摘要：振動是影響泵壽命及可靠性的重要因素，泵振動情況是評價其性能的重要指標(biāo)。近年來，國內(nèi)外專家對振動機理、振動監(jiān)測分析系統(tǒng)及信號處理方法進(jìn)行了大量研究。通過采集泵振動信號，并對信號進(jìn)行時域分析、頻域分析及振動有效值分析，發(fā)現(xiàn)葉片通過頻率振動過大是導(dǎo)致泵振動超標(biāo)的主要原因，并通過對葉輪及蝸殼進(jìn)行處理后成功降低泵振動。

關(guān)鍵詞：離心泵機組;振動故障;診斷

前言

振動是衡量離心泵運行狀況的重要指標(biāo)之一。離心泵的振動超標(biāo)問題受到多方面因素的影響，其中包括了離心泵自身存在質(zhì)量問題、工作人員操作不標(biāo)準(zhǔn)等。前者可以從設(shè)備的設(shè)計以及制造等方面進(jìn)行檢查及考慮，而后者可以從工作人員的操作維護、現(xiàn)場實際安裝等方面進(jìn)行考慮，從而發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致

1泵結(jié)構(gòu)及測試點布置

閉式冷卻水泵為單級雙吸臥式離心泵，額定轉(zhuǎn)速為1490r/min，額定流量為2200m3/h，額定揚程為40m，比轉(zhuǎn)速為267，并要求在1600m3/h、1800m3/h、2000m3/h、2200m3/h、2400m3/h測試點的振動值小于2.8mm/s。因此，在泵和電機軸承箱體位置，并使用數(shù)據(jù)采集及故障診斷系統(tǒng)開展振動信號采集、故障診斷分析工作。

2振動信號分析

2.1振動RMS分析

振動速度均方根RMS值又稱為有效值，直接反應(yīng)振動能量的大小，穩(wěn)定性和重復(fù)性好，是評價旋轉(zhuǎn)機械運轉(zhuǎn)狀態(tài)的重要指標(biāo)。

在1600m3/h時，該水泵機組泵所有測試點振動均高于2.8mm/s，在1800～2400m3/h時驅(qū)動端水平方向及泵非驅(qū)動端水平方向2個測試點的振動偏大，超出規(guī)格書要求值2.8mm/s，其余測試點滿足要求。為達(dá)到振動要求，對振動信號進(jìn)行時域、頻域分析，為減振設(shè)計提供參考。

2.2振動信號時域及頻域分析

時域波形是反映振源最直觀、最原始的信號表現(xiàn)形式，包含了豐富的振動特征信息，通過其包含的周期信號、諧波信號、短脈沖等信號，可對設(shè)備運行狀態(tài)作出初步判斷。頻域分析是基于傅里葉變換（FFT）將復(fù)雜的時域信號分轉(zhuǎn)換為頻域信號，通過分析各頻率分量的幅值、相位、功率及能量與故障特征頻率的關(guān)系，能對設(shè)備的運行狀態(tài)作出準(zhǔn)確評價。泵振動超標(biāo)主要是葉頻振動過大所致，運行工況偏離額定工況越遠(yuǎn)，葉頻振動越大，且在偏小流量工況時對葉頻振動更加敏感。因此，降低泵振動的首要目標(biāo)是降低泵葉頻振動。

2.3泵性能分析

切割葉片外徑降低了泵揚程，揚程降低的程度隨流量增大而減小，但當(dāng)流量為2450m3/h時，揚程降低較多。相較于切割定律，實際揚程在流量小于2000m3/h略微偏低，在2000m3/h以上時吻合較好。切割后高效點有向小流量移動趨勢，由2200m3/h變?yōu)?100m3/h，且切割后在小于2200m3/h工況點效率略有提升，其他工況點效率略有降低。打磨隔舌有利于提高大流量工況的效率與揚程，降低小流量工況區(qū)的揚程，但對原高效點效率有較大影響。

3故障診治

葉頻振動是流道內(nèi)產(chǎn)生壓力脈動所誘發(fā)的高頻振動，其影響因素眾多，根據(jù)實踐經(jīng)驗合理設(shè)計葉片與隔舌的徑向間隙是降低葉頻振動的有效措施。根據(jù)API610設(shè)計準(zhǔn)則，對于單級揚程超過200m和單級功率超過225kW的泵，導(dǎo)葉式泵的徑向間隙至少為葉尖半徑的3%，蝸殼式泵為6%，以此來減小葉輪葉片通過頻率振動和小流量時的低頻振動。由于泵性能有一定余量，根據(jù)切割定律切割葉輪外徑由427～420mm（第二次試驗）以增大徑向間隙降低葉頻振動，但試驗結(jié)果依然不能滿足振動要求，因此繼續(xù)切割隔舌4.5mm，修薄葉片進(jìn)口邊（第三次試驗）。通過頻譜分析發(fā)現(xiàn)，切割葉輪外徑及打磨隔舌后由流體誘導(dǎo)振動導(dǎo)致的葉頻貢獻(xiàn)量明顯降低，而其他頻率分量的振動并無明顯變化。切割葉輪外徑，增大葉片徑向間隙及打磨隔舌能降低葉片通過頻率幅值，降低泵振動RMS，達(dá)到減振效果。切割葉輪外徑對降低各工況點振動均有一定效果，且對偏小流量工況效果更為顯著。此外，打磨隔舌也能降低葉片通過頻率幅值，但效果較增大葉片徑向間隙較差。

4降低離心泵振動超標(biāo)的主要措施

4.1保障同軸及對中

在實際的發(fā)展過程中，想要有效保障離心泵的運行效率，就必須保障離心泵中的同軸處于對中的狀態(tài)，這就需要離心泵中的所有回轉(zhuǎn)零件，包括泵軸以及聯(lián)軸器等，全部按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)加工制造。除此以外，在安裝過程中，聯(lián)軸器的對中一定要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實施。如果在安裝過程中不能夠保障其對中性，就會嚴(yán)重破壞其運行過程中的平衡性，在離心泵運轉(zhuǎn)的過程中，這種不平衡的應(yīng)力就會使得整個機組在運行過程中都出現(xiàn)振動問題。

4.2保障配管設(shè)計安裝的合理性以及科學(xué)性

泵進(jìn)出口管道進(jìn)行安裝的過程中，沒有按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，就會導(dǎo)致離心泵的振動加劇。所以在對配管進(jìn)行設(shè)計的過程中，應(yīng)保障管道附件的變形應(yīng)力、裝配應(yīng)力以及重力等這些額外的負(fù)荷不會對離心泵產(chǎn)生較大的作用及影響。就我國現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r來看，相關(guān)設(shè)計人員在對離心泵管道進(jìn)行設(shè)計的過程中一定要符合以下相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：一是保障自身設(shè)置的管道支撐具有較強的合理性以及科學(xué)性;二是在實際施工過程中，盡可能地進(jìn)行無應(yīng)力管道的安裝;三是有效地降低彎頭的數(shù)量，將一些不必要的彎頭設(shè)計去除。

4.3保障離心泵機組的基礎(chǔ)裝置

離心泵的地腳螺栓在機組建設(shè)以及安裝過程中，大都采用預(yù)埋的方式將其埋在混凝土基礎(chǔ)底座中，在機組橇座安裝結(jié)束且符合相關(guān)要求之后，進(jìn)行二次灌漿，這樣就能夠有效的保障基礎(chǔ)底座與橇座之間在安裝的過程中就形成一個較為完整的整體。在實際的建設(shè)過程中如果離心泵的基礎(chǔ)強度不符合相應(yīng)要求或是地腳螺栓的固定質(zhì)量較差、重量比較輕等，就會導(dǎo)致離心泵機組運行過程中出現(xiàn)振動超標(biāo)的問題。

結(jié)束語

通過上述內(nèi)容我們能夠知道：在現(xiàn)階段的發(fā)展中，離心泵因為不同因素的影響以及作用，導(dǎo)致其在實際的運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)了振動超標(biāo)的問題，所以相關(guān)企業(yè)應(yīng)該采用有效的方式對其振動超標(biāo)問題進(jìn)行解決，從而促進(jìn)自身更好的發(fā)展和壯大。

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