華電國際鄒縣發(fā)電廠 李生偉 曹景芳

1 概述

某電廠三期A雜用水泵，離心泵，型號150S78，流量160m3/h，揚(yáng)程78m，配套功率55kW，工作轉(zhuǎn)速為2980r/min，生產(chǎn)廠家為長沙山水泵業(yè)制造有限公司，輸送介質(zhì)為三期水源地來水。

進(jìn)入夏季以來，三期A雜用水泵電機(jī)頻繁出現(xiàn)電流超標(biāo)問題，對造成電機(jī)電流超標(biāo)的影響因素進(jìn)行分析，檢查電機(jī)無異常，主要原因?yàn)橛捎谙募倦s用水量增大，泵的出力增大，造成電機(jī)電流超標(biāo)。經(jīng)過充分論證和分析，選擇對泵葉輪進(jìn)行改造，更換的葉輪將原約為25mm的出口流道變窄為22mm。泵檢修主要內(nèi)容有：更換機(jī)械密封2套，軸承兩套，更換葉輪及口環(huán)，更換聯(lián)軸器1套（含電機(jī)側(cè)）。

檢修完工后，啟動(dòng)A雜用水泵試運(yùn)，振動(dòng)值如下：電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承（因電機(jī)自由度有冷卻風(fēng)扇護(hù)罩，無法測量）水平25μm，垂直27μm，軸向24μm；泵驅(qū)動(dòng)端軸承水平128μm，垂直80μm，軸向98μm，泵自由端軸承水平55μm，垂直60μm，軸向63μm。電機(jī)振動(dòng)合格，泵驅(qū)動(dòng)端軸承及自由端軸承振動(dòng)均超過50μm的允許值。

2 離心泵常見故障及特征

2.1 質(zhì)量不平衡

振動(dòng)主要特征：一是振動(dòng)值穩(wěn)定，隨轉(zhuǎn)速的升高而增大；二是主要振動(dòng)頻率為1X轉(zhuǎn)速頻率；三是1X轉(zhuǎn)速頻率的幅值通常大于或等于通頻值的80%；四是水平方向振動(dòng)略大于垂直方向振動(dòng)。一般范圍在2到3倍左右；五是水平與垂直方向振動(dòng)相位差約為90°（+/-30°）；六是徑向振動(dòng)通常比軸向振動(dòng)大許多（懸臂轉(zhuǎn)子除外）；七是不平衡轉(zhuǎn)子通常在徑向方向呈現(xiàn)穩(wěn)定的、可重復(fù)的振動(dòng)相位[1]。

2.2 對中不良

振動(dòng)主要特征：一是軸向振動(dòng)大。二是主要振動(dòng)頻率為1X、2X轉(zhuǎn)速頻率。三是聯(lián)軸器兩側(cè)軸向或徑向相差180度。四是如果2X大于50%或大于1X一般證明存在不對中的可能性較大。

2.3 軸彎曲

振動(dòng)主要特征：一是軸彎曲一般會產(chǎn)生大的軸向振動(dòng)。如果彎曲接近軸的中心通常主要以1X轉(zhuǎn)速頻率為主，如果彎曲接近聯(lián)軸器，通常產(chǎn)生較高的2X轉(zhuǎn)速頻率振動(dòng)分量。二是同一轉(zhuǎn)子軸的兩個(gè)軸承之間的軸向方向相位變化接近180°，這與彎曲的程度有關(guān)。此外，如果在同一軸承不同點(diǎn)的軸向方向做若干測量，通常會發(fā)現(xiàn)在軸承的左邊和右邊測量的相位之間發(fā)生接近180°的相位差，在同一軸承的上邊與下邊測量的相位之間發(fā)生接近180°的相位差。三是1X轉(zhuǎn)速頻率和2X轉(zhuǎn)速頻率的幅值通常是穩(wěn)定的。四是在軸承座同一側(cè)的上、下、左、右4個(gè)位置處的軸向相位有明顯的差異。五是當(dāng)旋轉(zhuǎn)質(zhì)量處存在較大的振動(dòng)時(shí)，其呈現(xiàn)為質(zhì)量不平衡。當(dāng)聯(lián)軸器出現(xiàn)較大的振動(dòng)時(shí)，其呈現(xiàn)為不對中。

2.4 聯(lián)軸器故障

振動(dòng)主要特征：振動(dòng)主要發(fā)生在聯(lián)軸器兩側(cè)的軸承，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量和機(jī)械部分轉(zhuǎn)子質(zhì)量相當(dāng)，聯(lián)軸器兩側(cè)軸承振動(dòng)均會存在異常，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量遠(yuǎn)小于機(jī)械部分轉(zhuǎn)子質(zhì)量，只有電機(jī)側(cè)靠近聯(lián)軸器軸承振動(dòng)會出現(xiàn)異常，振動(dòng)主振頻率為基頻，并伴隨2X、3X頻率成分[2]。

2.5 滾動(dòng)軸承故障

滾動(dòng)軸承一旦產(chǎn)生故障，可能會產(chǎn)生四種類型頻率的振動(dòng)，包括隨機(jī)的超聲頻率，頻率范圍從約5000Hz到60000Hz超聲頻率范圍；軸承零部件的自振頻率，滾動(dòng)軸承安裝在機(jī)器上時(shí)的自振頻率范圍在約為500～2000Hz。滾動(dòng)軸承的自振頻率與轉(zhuǎn)速無關(guān)，無論軸的轉(zhuǎn)速高低其都處在一個(gè)相同的頻率位置；軸承故障特征頻率；軸承故障和頻及差頻。

滾動(dòng)軸承故障特征頻率與滾動(dòng)體直徑、滾動(dòng)體數(shù)目、節(jié)圓直徑、接觸角有關(guān)，計(jì)算公式如下：

其中，F(xiàn)TF－保持架故障特征頻率；BPFI－內(nèi)圈故障特征頻率；BPFO－外圈故障特征頻率；BSF－滾動(dòng)體故障特征頻率；Fr=n/60轉(zhuǎn)速頻率r/s；Bd=滾動(dòng)體直徑；Nb=滾動(dòng)體數(shù)目；Pd=節(jié)圓直徑，滾動(dòng)體間垂直距離；θ=接觸角。滾動(dòng)軸承的主要振動(dòng)特征有：

一是軸承的故障頻率與其他故障頻率不同；二是軸承故障頻率是轉(zhuǎn)速頻率的非整數(shù)倍；三是內(nèi)外環(huán)故障頻率的和頻=“軸承滾動(dòng)體通過頻率”（滾動(dòng)體個(gè)數(shù)×RPM）；四是軸承內(nèi)環(huán)故障頻率往往伴有1X轉(zhuǎn)速頻率的邊帶；五是軸承外環(huán)故障頻率的幅值高于軸承內(nèi)環(huán)故障頻率的幅值；六是軸承故障一般在發(fā)展到滾動(dòng)體和保持架出現(xiàn)故障之前首先出現(xiàn)的是內(nèi)環(huán)或外環(huán)故障頻率；七是軸承保持架故障頻率通常不是以其基頻出現(xiàn)；八是當(dāng)滾動(dòng)體本身出現(xiàn)故障時(shí)，往往會產(chǎn)生不僅滾動(dòng)體故障頻率（BSF），還有保持架故障頻率（FTF）；九是軸承保持架斷裂時(shí)，可能出現(xiàn)滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)故障頻率；十是一個(gè)以上滾動(dòng)體有故障時(shí)，將產(chǎn)生等于有故障的滾動(dòng)體數(shù)目×滾動(dòng)體故障特征頻率的頻率。換言之，如果存在五個(gè)滾珠或滾柱上有故障，往往將出現(xiàn)5×滾動(dòng)體故障頻率的頻率。

2.6 機(jī)械松動(dòng)

機(jī)械松動(dòng)主要包括A型機(jī)械松動(dòng)（結(jié)構(gòu)松動(dòng)）、B型機(jī)械松動(dòng)（由搖擺運(yùn)行或結(jié)構(gòu)斷裂和軸承座斷裂引起的松動(dòng)）、C型機(jī)械松動(dòng)（旋轉(zhuǎn)松動(dòng)）三種類型。

A型機(jī)械松動(dòng)（結(jié)構(gòu)松動(dòng)）主要特征。一是主要振動(dòng)頻率為1X轉(zhuǎn)速頻率。二是通常情況下徑向振動(dòng)較大，尤其是垂直方向振動(dòng)較大。有時(shí)也出現(xiàn)軸向方向振動(dòng)較大。三是垂直和水平方向的振動(dòng)相位差為0°或180°。

B型機(jī)械松動(dòng)（由搖擺運(yùn)行或結(jié)構(gòu)斷裂和軸承座斷裂引起的松動(dòng)）。一是主要振動(dòng)頻率為徑向1X、2X和3X轉(zhuǎn)速頻率；在嚴(yán)重的情況下還會有0.5X的轉(zhuǎn)速頻率。二是軸承座和基礎(chǔ)相位差為180°。三是振動(dòng)幅值不穩(wěn)定，負(fù)荷高時(shí)，振動(dòng)幅值很大。

C型機(jī)械松動(dòng)（旋轉(zhuǎn)松動(dòng)）。一是通常振動(dòng)幅值有明顯波動(dòng)。二是主要振動(dòng)頻率為徑向1X轉(zhuǎn)速頻率的諧波，甚至能高達(dá)到10X。如果諧波頻率幅值變大，也會產(chǎn)生檢修0.5X轉(zhuǎn)速頻率等分?jǐn)?shù)倍頻率成分，即0.5X、1.5X、2.5X等。三是通常相位測量有些不穩(wěn)定。

2.7 汽蝕

振動(dòng)主要特征：一是振動(dòng)頻率范圍往往在300～2000Hz。是隨機(jī)的寬帶能量譜。時(shí)常伴有葉片通過頻率。二是發(fā)生汽蝕時(shí)，泵的兩個(gè)軸承還有大的振動(dòng)尖峰能量值。三是汽蝕往往產(chǎn)生奇特的噪聲，輕微的汽蝕發(fā)出的聲音通常像泵排出砂子的聲音，而較嚴(yán)重的汽蝕時(shí)間發(fā)出的聲音像卵石通過泵的聲音。

3 振動(dòng)診斷分析

使用便攜式振動(dòng)分析儀及Vm-63a手持式振動(dòng)表對三期A雜用水泵進(jìn)行振動(dòng)信息測量：

表1 三期A雜用水泵振動(dòng)值（測量工具：Vm-63a）

圖1 泵驅(qū)動(dòng)端軸承頻譜圖

圖2 泵自由端軸承頻譜圖

由上述測量信息分析三期A雜用水泵振動(dòng)具有以下特征：一是由表1可以看出泵驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)較大，泵側(cè)兩端軸承振動(dòng)值差別較大，并且兩端軸承垂直方向振動(dòng)相對大，分析泵支撐存在異常；二是泵驅(qū)動(dòng)端及自由端軸承主要振動(dòng)頻率為1倍轉(zhuǎn)速頻率，并有葉片通過頻率，可能存在不平衡、松動(dòng)、不對中、彎曲等故障（如圖1和圖2所示）；三是泵側(cè)軸承解調(diào)頻譜圖及解調(diào)波形圖中均未見明顯故障特征，分析軸承無異常。四是泵側(cè)自由端軸承垂直方向較水平方向大。對臥式轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備而言，通常水平方向振動(dòng)比垂直方向振動(dòng)大，一般范圍在2到3倍左右。而該泵振動(dòng)情況異常，自由端軸承振速垂直方向振動(dòng)是水平方向的約2倍，說明存在著松動(dòng)問題。造成該類問題的原因通常有基礎(chǔ)松動(dòng)或軸承與軸承室間間隙配合松動(dòng)兩種。將測量點(diǎn)下移，對泵的四個(gè)地腳螺栓處垂直方向振動(dòng)值進(jìn)行測量，均在6～8μm，可排除基礎(chǔ)松動(dòng)因素[3]。

該雜用水泵泵體東西布置（如圖3所示），主要靠進(jìn)出口管道支撐。測量進(jìn)出口管道振動(dòng)情況，管道南北向布置，各部位振動(dòng)值如圖4所示，進(jìn)口閥門處水平方向振動(dòng)216μm，進(jìn)口閥門前短節(jié)管道振動(dòng)為146μm，穿墻管處振動(dòng)為28μm，進(jìn)口閥門后與泵體之間的管道水平振動(dòng)為267μm，泵體水平方向振動(dòng)為67μm，進(jìn)口閥門與管道支撐主要靠泵體下的水泥支柱，用手可以感觸到進(jìn)口閥門與水泥支柱之間有間隙，接觸處有“咬手”感覺?？梢耘袛嗨嘀е哑鸩坏街巫饔?。分析原因應(yīng)為閥門及管道先安裝，后制作水泥支柱，水泥支柱凝固后體積縮小，造成兩者之間出現(xiàn)間隙，起不到支撐作用。進(jìn)口管道系統(tǒng)振動(dòng)大，對泵體也振動(dòng)產(chǎn)生一定影響[4-5]。

圖3 泵體結(jié)構(gòu)布置

圖4 進(jìn)口管道支撐

與入口管線相對照，出口管線東西向水平方向振動(dòng)情況如圖5所示，振動(dòng)最大值為20μm，出口閥門也是由水泥柱支撐，和進(jìn)口門一樣，水泥支柱凝固后體積縮小造成水泥支柱也起不到支撐作用，但在閥門處加裝了一頂絲，解決了這一問題。

圖5 出口管道支撐

圖6 進(jìn)口門管道支撐改造

在設(shè)備停運(yùn)后，將進(jìn)口閥門原水泥支柱去除后，采用鋼板和鋼管制作支撐，并在法蘭處加一頂絲（如圖6所示）。

再次啟動(dòng)測試三期A雜用水泵振動(dòng)情況。為分析泵兩側(cè)軸承振動(dòng)值差異大的問題，在聯(lián)軸器位置加裝反光帶進(jìn)行相位測量，測量數(shù)據(jù)見表2。

表2 三期A雜用水泵泵側(cè)振動(dòng)通頻值及振動(dòng)相位

測量過程中發(fā)現(xiàn)泵自由端軸承溫度偏高，用紅外熱像儀測量泵側(cè)驅(qū)動(dòng)端軸承溫度為45℃，自由端軸承問題為69℃。測量進(jìn)口閥處振動(dòng)為69μm，振動(dòng)仍然偏大，進(jìn)口管道振動(dòng)減小后，三期A雜用水泵驅(qū)動(dòng)端軸承水平振動(dòng)減小20μm。

該雜用水泵驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)具有以下特征：一是振動(dòng)值穩(wěn)定，主要振動(dòng)頻率為1X轉(zhuǎn)速頻率；二是驅(qū)動(dòng)端軸承1X轉(zhuǎn)速頻率的幅值通常大于通頻值；三是驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)略大于垂直方向振動(dòng)；四是驅(qū)動(dòng)端水平與垂直方向振動(dòng)相位差為62°。符合質(zhì)量不平衡的典型特征。

自由端軸承具有以下特征：一是垂直方向振動(dòng)大于水平方向。二是水平方向相位與垂直方向相位相近。三是軸承溫度偏高。結(jié)合泵基礎(chǔ)無松動(dòng)問題，分析泵自由端軸承溫度高和垂直方向振動(dòng)大問題原因?yàn)檩S承與軸承室間隙超標(biāo)。

造成質(zhì)量不平衡的原因通常有原始質(zhì)量不平衡、裝配不適當(dāng)、轉(zhuǎn)子質(zhì)量磨損、葉片有附著物或部件脫落等。泵驅(qū)動(dòng)端葉輪為新加工葉輪，出廠前已進(jìn)行檢驗(yàn)動(dòng)平衡合格，而且泵自由端振動(dòng)相對幅值小，僅泵驅(qū)動(dòng)端表現(xiàn)出質(zhì)量不平衡特征，分析軸系質(zhì)量不平衡量來自聯(lián)軸器靠背輪，電機(jī)測量的振動(dòng)值在合格范圍內(nèi)，質(zhì)量不平衡量應(yīng)來自泵側(cè)聯(lián)軸器靠背輪。

拆檢泵側(cè)聯(lián)軸器靠背輪進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)靠背輪內(nèi)孔大約與鍵槽相對位置處有一處缺損，不平衡量即來自此處。檢查泵自由端軸承與軸承室間隙，發(fā)現(xiàn)間隙超過允許數(shù)值。

圖7 聯(lián)軸器泵側(cè)靠背輪內(nèi)側(cè)缺損處

4 處理措施

對泵自由端軸承與軸承室的間隙調(diào)整至合格范圍。針對聯(lián)軸器泵側(cè)靠背輪存著的質(zhì)量不平衡問題，因該聯(lián)軸器沒有合適加重位置，更換備品聯(lián)軸器靠背輪，并再次對進(jìn)口閥門處支撐進(jìn)行處理。處理后，啟動(dòng)試運(yùn)合格，電流90A，泵側(cè)振動(dòng)值：驅(qū)動(dòng)端水平10μm、垂直9μm、軸向10μm，非驅(qū)動(dòng)端水平8μm、垂直8μm、軸向10μm，振動(dòng)值優(yōu)秀。

5 結(jié)語

針對三期A雜用水泵葉輪改造后，出現(xiàn)的振動(dòng)大問題，應(yīng)用振動(dòng)診斷技術(shù)進(jìn)行原因分析，找到振動(dòng)大的主要原因在于泵側(cè)聯(lián)軸器靠背輪存在質(zhì)量不平衡，同時(shí)診斷發(fā)現(xiàn)入口管線振動(dòng)大問題，進(jìn)行針對性的檢修處理，為設(shè)備缺陷的及時(shí)消除提供了技術(shù)指導(dǎo)，避免了過度檢修，節(jié)省了檢修成本。