余志凱

（珠海水務(wù)集團(tuán)客戶(hù)服務(wù)分公司，廣東 珠海 519000）

振動(dòng)是評(píng)價(jià)水泵電機(jī)設(shè)備運(yùn)行可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)，一旦發(fā)生異常振動(dòng)，將直接影響水泵的安全運(yùn)行，表現(xiàn)為會(huì)引發(fā)電機(jī)和管路的振動(dòng)造成軸承等零部件的損壞和連接部件松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使某些部件變形，甚至有斷裂的危險(xiǎn)。同時(shí)由于振動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生噪聲，易造成崗位人員心情煩噪、疲勞、反應(yīng)遲鈍，容易發(fā)生操作失誤。因此，必須對(duì)給水泵電機(jī)設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的振動(dòng)異常問(wèn)題予以高度重視，尋找振動(dòng)異常的原因，進(jìn)而采取必要的解決對(duì)策。

1 設(shè)備運(yùn)行模式及振動(dòng)超標(biāo)的來(lái)源

該系統(tǒng)專(zhuān)為通風(fēng)制冷機(jī)中間回路提供冷卻水，共設(shè)計(jì)安裝兩臺(tái)泵，正常工況一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。因通風(fēng)制冷系統(tǒng)為機(jī)組重要儀控設(shè)備、電子機(jī)柜等提供可靠的冷卻，一旦失效，有跳機(jī)、停堆的風(fēng)險(xiǎn)，特別在夏季此種情況尤為重要。該海水供水泵為俄供長(zhǎng)軸深井泵:型號(hào)為1350-35；技術(shù)參數(shù)為Q=1800m3/h，H=32.3m，U=6000V，n=1500r/min，N=250kW。泵組總長(zhǎng)度為17.74m，泵軸共有7根，長(zhǎng)度為15.8m，連接方式為卡環(huán)軸套螺紋連接，驅(qū)動(dòng)端安裝角接球滾珠軸承，滑潤(rùn)油循環(huán)冷卻，水下軸支撐有7只橡膠軸承 (海水冷卻)，軸封用盤(pán)根密封(自泄漏冷卻)。

設(shè)備運(yùn)行期間，維護(hù)人員通過(guò)對(duì)該泵組采取定期振動(dòng)測(cè)量方式，了解該泵組的振動(dòng)趨勢(shì)，通過(guò)頻譜分析，掌握了其運(yùn)行狀況。當(dāng)出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行故障診斷并治理。2007-03-19在一次定期試驗(yàn)的振動(dòng)測(cè)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)該泵組電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承座振動(dòng)超標(biāo)，且振幅波動(dòng)較大。其詳細(xì)振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

注:H是指順泵出口管道方向；V是指垂直泵出口管道方向；A是指平行泵軸方向。

測(cè)振儀數(shù)據(jù)采集頻率范圍是10～1000Hz，振動(dòng)結(jié)果采用均方根值顯示。根據(jù)俄方提交的運(yùn)行文件，該泵組維持長(zhǎng)期運(yùn)行的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)是4.5mm/s以下(均方根值)。

由振動(dòng)測(cè)量過(guò)程中的時(shí)域波形可知，各點(diǎn)振幅波動(dòng)較大，且存在一定的低頻周波成分。對(duì)1#～3#測(cè)點(diǎn)圓周方向進(jìn)行多點(diǎn)振動(dòng)頻譜比較，發(fā)現(xiàn)各測(cè)點(diǎn)的頻譜成分均以16.875Hz為主，且出現(xiàn)振動(dòng)幅值由電機(jī)的非驅(qū)動(dòng)端向驅(qū)動(dòng)端、再向電機(jī)與泵的連接處依次減小的規(guī)律。頻譜分析以垂直管道方向的測(cè)點(diǎn)為例，如圖1所示（由于高頻成分幾乎沒(méi)有，為了方便顯示，對(duì)頻譜圖中的頻譜范圍進(jìn)行了縮減，2#與3#測(cè)點(diǎn)的頻譜成分相類(lèi)似）。

由圖1可知，在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)，16.875Hz的譜峰占主要成分。電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率譜峰25Hz所對(duì)應(yīng)的峰值很小。

從測(cè)量結(jié)果看，超過(guò)了廠(chǎng)家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因而不利于設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行。但由于機(jī)組當(dāng)時(shí)處于運(yùn)行期間，沒(méi)有定期維修保養(yǎng)，測(cè)量結(jié)果超標(biāo)也是在意料之中。為了分析振源，評(píng)價(jià)當(dāng)前振動(dòng)狀態(tài)是否允許泵組運(yùn)行，筆者進(jìn)行了如下兩個(gè)方面的研究。

表1 振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)/mm·s-1

（1）電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的軸承型號(hào)為俄供32320，滾珠數(shù)為14個(gè)，計(jì)算得出的內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾珠、保持架的故障頻率均與16.875Hz不相符合，因而可以排除軸承故障。同時(shí)，為了評(píng)價(jià)軸承運(yùn)行狀況，利用專(zhuān)業(yè)儀表采用沖擊脈沖方式，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的支撐軸承進(jìn)行了重點(diǎn)診斷。該技術(shù)能及時(shí)有效地診斷出軸承的早期故障。電機(jī)轉(zhuǎn)子非驅(qū)動(dòng)端軸承沖擊脈沖測(cè)試數(shù)據(jù)dBm值為24，dBc值為12，均小于軸承損壞程度標(biāo)準(zhǔn)的30。通過(guò)沖擊脈沖技術(shù)診斷該軸承運(yùn)行狀況正常，無(wú)明顯損傷，電機(jī)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)端軸承沖擊脈沖測(cè)試數(shù)據(jù)dBm值為14，dBc值為4，均遠(yuǎn)小于軸承損壞程度標(biāo)準(zhǔn)的30，數(shù)據(jù)顯示該軸承運(yùn)行狀況良好。

（2）通過(guò)對(duì)電機(jī)1#測(cè)點(diǎn)的敲擊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)外殼的固有頻率大致在14Hz左右，與各測(cè)點(diǎn)中的主要分量16.875Hz很接近，見(jiàn)圖2。

2 原因分析及解決對(duì)策

2.1 原因分析

引起設(shè)備振動(dòng)的原因是多方面的，如管系振動(dòng)、泵軸跳動(dòng)，以及靠背輪對(duì)中不良(同心度、平行度)、泵座和電機(jī)支座強(qiáng)度不夠等。引起該設(shè)備結(jié)構(gòu)共振的激勵(lì)來(lái)源可能有以下3種:

（1）由管道振動(dòng)傳遞引起的激勵(lì)管道安裝直角90b的拐彎較多(6處)，加上其固定方式為滑動(dòng)支撐，從而引起振動(dòng)；

圖1 電機(jī)自由端順著管道方向測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻譜示意

圖2 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端垂直出口管道方向測(cè)點(diǎn)的固有頻率頻域曲線(xiàn)

（2）電機(jī)軸承潤(rùn)滑不良激發(fā)振動(dòng)該電機(jī)采用軸承潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，無(wú)加油嘴，其不良的潤(rùn)滑造成振動(dòng)；

（3）其他激振力振動(dòng)測(cè)量時(shí)時(shí)域波形中出現(xiàn)了低頻周波分量，這可能是因?yàn)檩S系長(zhǎng)、晃動(dòng)大、泵座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠引起的。(該電機(jī)重達(dá)2518kg，泵座及電機(jī)支座是碳鋼板焊接加工而成，周?chē)訌?qiáng)筋只有8mm厚，分段焊接強(qiáng)度低，降低了電機(jī)的支撐剛度。)而低頻周波分量是引起振動(dòng)的一個(gè)重要因素。

2.2 解決對(duì)策

根據(jù)此類(lèi)泵組特點(diǎn)，可從以下7個(gè)方面降低振動(dòng):

（1）改變泵軸彎曲度由于深井泵泵軸較長(zhǎng)，易引發(fā)晃動(dòng)變形，通過(guò)多次解體檢查，泵軸都有不同程度的彎曲共性，泵軸彎曲是引起振動(dòng)的主要方面；

（2）減小泵座與電機(jī)支座固定螺栓的力矩，改變連接剛度當(dāng)減小支座與泵體法蘭固定螺栓力矩時(shí)，因應(yīng)力改變而降低振動(dòng) (有效性已在同類(lèi)型泵組的振動(dòng)處理中得到驗(yàn)證)；

（3）增加泵體、電機(jī)支座強(qiáng)度該泵座、電機(jī)支座是碳鋼板焊接制作，用直徑705mm，加強(qiáng)筋8mm的碳鋼板分段焊接，強(qiáng)度相對(duì)較低，從泵底座至電機(jī)頂部高達(dá)3.38m，電機(jī)本體重2180kg，晃動(dòng)不可避免，而一般立式泵采用鑄鋼制造，強(qiáng)度高，不存在變形；

（4）檢查和調(diào)整泵出口管第一道滑動(dòng)支架的間隙通過(guò)調(diào)整，使泵出口法蘭與管道法蘭保證平行度，以減少應(yīng)力；

（5）減小其他激振力對(duì)由其他激振力引起的振動(dòng)也應(yīng)采取相應(yīng)的措施；

（6）在出口管加裝橡膠波紋管緩解來(lái)自管道的激振力由于該管道安裝全部采用滑動(dòng)支架支撐，介質(zhì)沖刷管道振動(dòng)較大，再加上有多處成90b拐彎，阻力大，橡膠波紋管能將來(lái)自管系的振動(dòng)抵消；

（7）在確保設(shè)備正常運(yùn)行狀況下調(diào)整振動(dòng)限值，由4.5mm/s提高到5.6mm/s，并在運(yùn)行中加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2.3 效果分析

由于泵組運(yùn)行期間，處理窗口有限，僅實(shí)施了減振措施中第二項(xiàng)，在電機(jī)自由端垂直方向兩側(cè)各加一根撐桿，調(diào)整螺栓力點(diǎn)為撐力，沿泵出口管對(duì)面加一根撐桿，調(diào)整螺栓力點(diǎn)為拉力。

經(jīng)過(guò)調(diào)整，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端垂直方向的振幅約為3.2～3.8mm/s，水平方向的振幅約為 2.9～3.2mm/s(振動(dòng)值上限為 4.5mm/s)。經(jīng)過(guò)處理，現(xiàn)在該泵組的振動(dòng)情況合格。但仍存在電機(jī)的1#測(cè)點(diǎn)通頻振幅較大，頻譜成分中16.875Hz附近的分量幅值比例較大，通頻值有一定的波動(dòng)，時(shí)域波形中的低頻周波分量也還存在。2#測(cè)點(diǎn)和3#測(cè)點(diǎn)的振幅比處理前有一定的上升。這主要是因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)施工條件有限，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端距地面近3m，導(dǎo)致支撐架太長(zhǎng)，而支撐架材料又較細(xì)(576的中空鋼管)，在泵組運(yùn)行過(guò)程中，支撐架因剛性較差存在一定的晃動(dòng)，因此沒(méi)有完全避開(kāi)共振。在最近進(jìn)行的大修中，對(duì)該泵組采取了如下對(duì)策:

(1)基礎(chǔ)找平；

(2)出口加裝膨脹節(jié)(在檢修期間，在用葫蘆吊吊泵出口的一截管道時(shí)，存在明顯緊力，導(dǎo)致泵組運(yùn)行過(guò)程中對(duì)泵產(chǎn)生反作用力)；

(3)更換被腐蝕不均勻的陽(yáng)極塊(陽(yáng)極塊腐蝕不均勻使水流沖擊力不均勻，外力不均勻)；

(4)檢查泵軸彎曲度(經(jīng)測(cè)量，各段泵軸均有一定彎曲，從而加大了運(yùn)行過(guò)程中的低頻晃動(dòng))。采取上述措施后，再次試轉(zhuǎn)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅度明顯減小，最大振動(dòng)幅值為3.3mm/s。說(shuō)明處理措施有效，之前的分析正確。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)振動(dòng)異常原因的分析和解決對(duì)策的實(shí)施，目前給水泵電機(jī)設(shè)備振動(dòng)異常的問(wèn)題已基本得到解決。給水泵電機(jī)設(shè)備振動(dòng)異常原因較為復(fù)雜，涉及到多方面，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差都有可能造成振動(dòng)增大或設(shè)備損壞。因此，要求通過(guò)提高設(shè)計(jì)和安裝質(zhì)量，提高操作水平，加強(qiáng)日常維護(hù)檢修，以確保設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

[1]淮慧梅;朱曉輝.水泵振動(dòng)原因及對(duì)策[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2004(01).

[2]程實(shí);劉偉.電廠(chǎng)給水泵電機(jī)振動(dòng)原因分析與處理[J].機(jī)電技術(shù)，2010(03).