顧　翼

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司化工部，上海200540)

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狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在離心水泵上的應(yīng)用

顧翼

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司化工部，上海200540)

摘要：運(yùn)用機(jī)泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)離心水泵突發(fā)故障的分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承的早期異常損壞，消除機(jī)泵因軸承滾動(dòng)體質(zhì)量不佳引起的故障，避免了機(jī)泵零件的惡性損壞，為機(jī)泵振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的推廣提供實(shí)例。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)檢測(cè)離心泵軸承故障原因

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司化工部(以下簡(jiǎn)稱化工部)動(dòng)力車間廠部泵房共有8臺(tái)流量為3 kt/h的雙吸式離心水泵，其中P104泵是唯一采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)、保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定的主要設(shè)備。2014年11月17日該泵在運(yùn)行過(guò)程中電機(jī)突然發(fā)出異常聲音，經(jīng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)維精益管理系統(tǒng)(PMS)數(shù)據(jù)分析判斷為水泵軸承損壞，解體檢查發(fā)現(xiàn)，泵前軸承滾動(dòng)體碎裂，滾道嚴(yán)重磨損，與PMS數(shù)據(jù)分析情況一致。經(jīng)更換軸承后水泵恢復(fù)正常運(yùn)行，避免了機(jī)泵進(jìn)一步損壞。

1設(shè)備基本概況

P104循環(huán)水泵為24SH-13型單級(jí)雙吸臥式離心泵，泵殼中開，由上海中開泵機(jī)制造有限公司生產(chǎn)，2005年8月投入使用，配用電機(jī)功率為560 kW，流量3 168 m3/h，揚(yáng)程47.4 m，轉(zhuǎn)速970 r/min，轉(zhuǎn)軸兩端水平支承采用6320型單列向心滾動(dòng)球軸承，二硫化鉬鋰基脂潤(rùn)滑。日常運(yùn)行中，每周采用華陽(yáng)檢測(cè)儀器有限公司生產(chǎn)的便攜式HY-106C測(cè)振儀和HY-860抄表儀采集振動(dòng)數(shù)據(jù)后上傳PMS系統(tǒng)，水泵各測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1所示。

圖1　P104泵PMS狀態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)分布

2故障及原因分析

2.1故障狀況

P104泵曾于2012年1月進(jìn)行了大修，更換了傳動(dòng)軸、葉輪、軸承等零部件，投用兩年間運(yùn)行平穩(wěn)，至故障發(fā)生時(shí)共運(yùn)行了24 030 h，2014年11月17日用HY-106C測(cè)振儀采集的P104泵故障中振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示。

表1　P104泵故障中振動(dòng)數(shù)據(jù)　mm/s

由表1數(shù)據(jù)可知：三方向振動(dòng)最大值位于水泵前軸承軸向3A處，表明機(jī)泵存在不對(duì)中現(xiàn)象。校中心發(fā)現(xiàn)，聯(lián)軸器端面偏差0.31 mm，徑向偏差0.52 mm，嚴(yán)重偏離聯(lián)軸器對(duì)中要求的0.06 mm和0.08 mm允差值[1]；水平向3H處振動(dòng)數(shù)據(jù)增大，表明傳動(dòng)軸存在不平衡狀況。

2.2PMS數(shù)據(jù)分析

調(diào)取PMS系統(tǒng)采集的P104水泵3A方向時(shí)域波形圖和單趨勢(shì)圖，見(jiàn)圖2～3。

圖2　P104泵3A方向時(shí)域波形

圖3　P104泵3A方向單趨勢(shì)

由PMS時(shí)域指標(biāo)可知：P104泵3A處測(cè)量值平均幅值為2.82 mm/s，有效值為3.99 mm/s，處于ISO-2372振動(dòng)判定標(biāo)準(zhǔn)的B區(qū)，但歪度及峭度分別為0.55和6.71，嚴(yán)重偏離正常值0和3。由圖2可見(jiàn)：幅值多處異常增大，且呈周期性出現(xiàn)，表明軸承內(nèi)部有多處損傷；由單趨勢(shì)圖(圖3)左段曲線可明顯發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生前測(cè)量值波動(dòng)明顯，至11月17日猛增了一倍多，由此可判斷泵前軸承發(fā)生了損壞。

2.3拆檢軸承狀況

經(jīng)拆卸P104泵前后軸承檢查，發(fā)現(xiàn)泵前軸承外圈滾道磨損痕跡清晰；軸承球滾動(dòng)體有多顆磨損，其中一顆碎裂，碎裂的滾動(dòng)體芯部材質(zhì)不一且界面出現(xiàn)了裂紋，見(jiàn)圖4～6，由于前軸承球滾動(dòng)體磨損、碎裂，導(dǎo)致前支承點(diǎn)功能失效，傳動(dòng)軸失衡，拆檢情況與PMS數(shù)據(jù)分析狀況一致。

圖4　軸承外圈滾道磨損

圖5　軸承球滾動(dòng)體碎裂

圖6　滾動(dòng)體芯部材質(zhì)不同

2.4故障原因分析

水泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，軸承起著支承與傳遞載荷、保證運(yùn)動(dòng)及定位精度等多種基本功能，要滿足這些功能，很大程度上取決于滾動(dòng)體，試驗(yàn)證明，對(duì)軸承疲勞壽命的影響，滾動(dòng)體排在軸承零件的第2位；對(duì)軸承振動(dòng)或噪聲的影響，滾動(dòng)體排在軸承零件的第l位，軸承的異常聲，以滾動(dòng)體的表面劃傷、磕碰傷影響最大[2]。

軸承內(nèi)外圈滾道和滾動(dòng)體在很高的接觸應(yīng)力作用下進(jìn)行相對(duì)滾動(dòng)，軸承鋼的純潔度對(duì)軸承性能影響很大，為避免軸承早期疲勞破壞，軸承鋼大都采用真空脫氣冶煉方法，減少非金屬夾雜物含量，以提高接觸疲勞壽命。

在安裝、潤(rùn)滑、維護(hù)良好的條件下，滾動(dòng)軸承的正常失效形式是滾動(dòng)體或內(nèi)外圈滾道上的點(diǎn)蝕破壞，是由于大量重復(fù)地承受變化的接觸應(yīng)力造成。對(duì)于24 h連續(xù)工作的水泵，軸承的預(yù)期計(jì)算壽命為100 000～200 000 h[3]。但P104泵軸承在運(yùn)行了24 000 h后，軸承外圈滾道和滾動(dòng)體已發(fā)生點(diǎn)蝕磨損，表明軸承已發(fā)生了早期疲勞破壞；碎裂滾動(dòng)體芯部存在材質(zhì)不一的狀況，說(shuō)明制造滾動(dòng)體的材質(zhì)純潔度不佳。

由以上分析可得出：P104泵軸承因鋼材真空脫氣不徹底，造成滾動(dòng)體芯部存在非金屬夾雜物，因線膨脹因子的差異，在運(yùn)轉(zhuǎn)溫度發(fā)生變化和交變接觸應(yīng)力作用下，滾動(dòng)體內(nèi)金屬與非金屬界面產(chǎn)生裂紋，在滾動(dòng)體與軸承外圈接觸時(shí)，造成固定外圈承受不穩(wěn)定的脈動(dòng)循環(huán)載荷，外圈滾道與部分滾動(dòng)體表面發(fā)生點(diǎn)蝕磨損；滾動(dòng)體內(nèi)部裂紋在高頻次的摩擦碰撞作用下延伸，直至滾動(dòng)體碎裂，導(dǎo)致軸承振動(dòng)值出現(xiàn)突升，聯(lián)軸器對(duì)中發(fā)生嚴(yán)重偏離。

因此，軸承滾動(dòng)體質(zhì)量不佳是引起P104循環(huán)水泵軸承振動(dòng)值突升的主要原因。由于PMS狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用，使軸承在早期異常損壞時(shí)得以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免了機(jī)泵零件的惡性損壞而造成更大損失。

3故障處理

針對(duì)以上分析結(jié)果，對(duì)P104泵采取了更換前后軸承、精準(zhǔn)對(duì)中等檢修措施，安裝前對(duì)軸承備件質(zhì)量進(jìn)行了外觀及轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性檢查，并反饋供應(yīng)商以提高備件的入庫(kù)質(zhì)量。檢修后P104泵振動(dòng)值明顯下降，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2，水泵運(yùn)行狀態(tài)十分平穩(wěn)。

表2　P104泵維修后振動(dòng)數(shù)據(jù)　mm/s

為加強(qiáng)運(yùn)行機(jī)泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作，車間制定了設(shè)備員、操作工、運(yùn)保人員三級(jí)監(jiān)測(cè)體系，并由專人定期分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，不斷提高機(jī)泵預(yù)知檢修的比例。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)P104循環(huán)水泵運(yùn)行中突發(fā)的異常現(xiàn)象，運(yùn)用PMS狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了軸承的早期異常損壞，避免了重大事故的發(fā)生，為離心泵振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的推廣提供了實(shí)例。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)石油化工集團(tuán).石油化工設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程第1冊(cè).[M].北京：中國(guó)石化出版社，2013：352.

[2]楊曉蔚，伍海云.滾動(dòng)軸承對(duì)滾動(dòng)體的技術(shù)要求[J].軸承，2010(8)：57-61.

[3]濮良貴主編.機(jī)械零件[M].北京：高等教育出版社,1982:295.

國(guó)內(nèi)外行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)

Application of State Monitoring Technology in Centrifugal Pump

Gu Yi

(ChemicalDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.，Shanghai200540)

ABSTRACT

Keywords：state monitoring,centrifugal pump,bearing,causes of failure

收稿日期：2015-12-06。

作者簡(jiǎn)介：顧翼，男，1970年出生，1991年畢業(yè)于上海石油化工?？茖W(xué)校化工設(shè)備與機(jī)械制造專業(yè)，2003年畢業(yè)于華東理工大學(xué)(夜大)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)(工學(xué)士)，工程師，長(zhǎng)期從事化工設(shè)備管理工作。

文章編號(hào)：1674-1099(2016)02-0055-03中圖分類號(hào)：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

With application of the pump state monitoring technology for analysis of sudden failure of centrifugal pump,the early stage abnormal damage of bearing was detected,and the pump failure caused by poor quality of rolling bearings was eliminated so as to avoid the malignant damage of pump parts,which provided application examples for popularization of pump vibration states monitoring system.