貧胺液升壓泵電機(jī)振動原因分析及故障排除

王家祥

(中國石油化工上海石化股份有限公司烯烴部， 200540)

貧胺液升壓泵電機(jī)振動原因分析及故障排除

王家祥

(中國石油化工上海石化股份有限公司烯烴部， 200540)

3.3 Mt/a柴油加氫裝置的貧胺液升壓泵在單機(jī)試運(yùn)行過程中電機(jī)發(fā)生噪音、振動、軸瓦溫度超標(biāo)等現(xiàn)象，檢查和分析了電機(jī)基礎(chǔ)、地腳螺栓、及電機(jī)全部組件等各類可能的影響因素，在發(fā)現(xiàn)并排除基礎(chǔ)灌漿缺陷，電機(jī)冷卻風(fēng)管松動等的基礎(chǔ)上，借助狀態(tài)監(jiān)測和理論計算等手段找到并消除了電機(jī)故障的原因，即電機(jī)聯(lián)軸器側(cè)軸瓦與軸瓦座緊力偏差，加上長時間運(yùn)行后潤滑油溫升帶來偏差疊加造成電機(jī)轉(zhuǎn)子支撐松動導(dǎo)致電機(jī)故障。

電機(jī) 噪音 振動 狀態(tài)監(jiān)測 軸瓦 松動 故障

中國石化上海石油化工股份有限公司3.3 Mt/a柴油加氫裝置的循環(huán)氫脫硫系統(tǒng)中的貧胺液升壓泵P－2104B是節(jié)段式多級離心泵，型號為TDF160－120×7，設(shè)計流量為 148 m3/h，出口壓力為8 MPa，驅(qū)動采用增安型三相異步電機(jī)，型號YAKK450，功率2 560 kW，轉(zhuǎn)速2 970 r/min，雙支撐球型軸瓦，甩油潤滑，泵機(jī)聯(lián)合焊接底座。設(shè)備運(yùn)行初期，即發(fā)現(xiàn)電機(jī)有間歇性雜音，并伴有頂部冷卻器和前(聯(lián)軸器側(cè))、后軸承箱振動大，軸瓦溫度高等一系列明顯的故障狀態(tài)。特別是在連續(xù)運(yùn)行0.5 h后，以上各類癥狀明顯加劇，導(dǎo)致該設(shè)備無法保障裝置的長周期安穩(wěn)運(yùn)行，處于不完好的故障狀態(tài)。

1 故障現(xiàn)象

裝置單機(jī)試運(yùn)行階段，每次啟動該泵時，在0.5 h內(nèi)泵與電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況勉強(qiáng)維持在容許運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。在開車0.5 h內(nèi)對泵及電機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，P－2104B的具體測點(diǎn)布置見圖1。其中A點(diǎn)是軸向方向，H點(diǎn)是水平方向，V點(diǎn)是垂直方向。測試數(shù)據(jù)見表1。

圖1 P－2104B振動測點(diǎn)位置示意

表1 P－2104B各軸承測點(diǎn)數(shù)據(jù)(開車0.5 h以內(nèi)，2007年6月27日)

當(dāng)運(yùn)行超過0.5 h后，電機(jī)開始發(fā)出間歇性雜音，兩側(cè)軸承箱及結(jié)構(gòu)框架振動明顯增大，噪音增大，噪音集中在電機(jī)上方的冷卻器位置，軸承溫度曲線上升明顯，電機(jī)的振動情況開始惡化，但此時由于泵采用的先進(jìn)的膜片聯(lián)軸器具有良好的減振作用，機(jī)泵的運(yùn)行狀態(tài)還是相對平穩(wěn)，流量、壓力值基本正常。

表2的振動數(shù)據(jù)都是隨電機(jī)間歇性雜音而脈動的振動峰值，從表2可以看出，泵的運(yùn)行相對平穩(wěn)，由于電機(jī)軸瓦和定子溫度能夠穩(wěn)定在一定的范圍，振動數(shù)值也沒有繼續(xù)升高，對工藝生產(chǎn)運(yùn)行影響不大。為了進(jìn)一步考察電機(jī)長時間運(yùn)行趨勢和變化，在加強(qiáng)監(jiān)控和巡檢情況下，電機(jī)維持缺陷 狀態(tài)運(yùn)行。

表2 P－2104B各軸承測點(diǎn)數(shù)據(jù)(開車0.5 h后，2007年6月27日)

2 故障原因分析

2.1 對電機(jī)振動分析排查

首先，查閱裝置建成后生產(chǎn)準(zhǔn)備時單機(jī)試車記錄。由于流程限制，該泵水運(yùn)行試車時間只有12 min，無論電機(jī)單機(jī)試車還是聯(lián)動水運(yùn)行，電機(jī)振動均小于2 mm/s。檢查地腳螺栓，發(fā)現(xiàn)緊固正常;復(fù)查設(shè)備對中情況，對中良好，無超差;聯(lián)軸器螺栓、膜片完好;泵配管無應(yīng)力復(fù)查合格;泵運(yùn)行中流量、揚(yáng)程均在設(shè)計指標(biāo)內(nèi)。故障查找排查過程中發(fā)現(xiàn)機(jī)泵電機(jī)聯(lián)合底座電機(jī)下方中心位置缺少灌漿約500 mm×400 mm×120 mm(發(fā)現(xiàn)后即刻補(bǔ)灌漿，保養(yǎng));電機(jī)冷卻器占總數(shù)1/4的風(fēng)管有松動跡象(發(fā)現(xiàn)后即刻補(bǔ)焊加固);電機(jī)中間花板和列管也有相同的松動，但因條件限制暫時無法加固;前后軸瓦磨損正常，潤滑油色澤發(fā)黑，無明顯金屬磨?；虬褪虾辖鹚樾?拆卸轉(zhuǎn)子校動平衡合格，檢查過程中排除了所有轉(zhuǎn)子動靜間隙偏差和碰擦的可能;修刮軸瓦，接觸角為120°，接觸面積合格，間隙為0.20 mm，在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，瓦背與瓦座接觸面積良好(70%以上);更換潤滑油;復(fù)校中心。經(jīng)過全面認(rèn)真排查檢修后重新試車，電機(jī)振動明顯減小，軸瓦溫度也有所降低，但0.5 h后電機(jī)開始發(fā)出和原來相同的間歇性雜音，伴隨間歇性雜音振動值同步略有增加，在觀察運(yùn)行了1個月后，振動和雜音始終存在，狀態(tài)監(jiān)測與檢修前對比如表3所示。

表3 初次檢修前后P－2104B機(jī)組的電機(jī)各軸承測點(diǎn)數(shù)據(jù)

由表3數(shù)據(jù)可知，電機(jī)經(jīng)過檢修雖然在振動數(shù)值上明顯小于檢修前，但對于運(yùn)行工況穩(wěn)定的新電機(jī)來說，振動顯然較高，而且雜音沒有消除，說明除了灌漿和冷卻器松動的缺陷外故障點(diǎn)仍然存在。在此期間積累了較完整的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.2 類比查找噪音和振動的來源

為了進(jìn)一步查明電機(jī)振動產(chǎn)生的原因，通過與P－2104A泵的運(yùn)行進(jìn)行比較，并對P－2104B泵電機(jī)空負(fù)荷及帶負(fù)荷進(jìn)行對比，并采集振動數(shù)據(jù)加以分析，得到的頻譜圖情況非常相似，詳見圖2～5。發(fā)現(xiàn)無論在哪種情況下，該電機(jī)工頻的1、2、3、4、5、6 倍頻分量突起明顯(如圖 2 ～5 所示)［1］，通過分析顯示存在部件松動的可能。

在試運(yùn)行過程中因電機(jī)前軸瓦溫度超過電機(jī)軸瓦溫度最高容許的運(yùn)行參數(shù)85℃，發(fā)生泵組聯(lián)鎖沒有收集到GA2104B電機(jī)負(fù)荷工況的數(shù)據(jù)。

圖2 P2104B(故障電機(jī))帶負(fù)荷電機(jī)處各測點(diǎn)頻譜

圖3 P2104A帶負(fù)荷電機(jī)處各測點(diǎn)頻譜

圖4 P2104B(故障電機(jī))現(xiàn)場電機(jī)單機(jī)試驗頻譜

圖5 P2104B試驗平臺電機(jī)單機(jī)試驗頻譜

從圖2可以看到P2104B帶負(fù)荷運(yùn)行初期，電機(jī)1～6倍頻最大振動值4.70 mm/s遠(yuǎn)大于560 kW電機(jī)的完好標(biāo)準(zhǔn)值1.80 mm/s。圖3顯示P2104A電機(jī)負(fù)荷狀態(tài)下最大峰值1.80 mm/s。完全符合電機(jī)完好標(biāo)準(zhǔn)。從圖4、圖5可以看到，P2104B電機(jī)在空載和單試的情況下電機(jī)1～6倍頻的振動值相對來說比較大。

通過對比分析可以得出，此振動現(xiàn)象屬自激振動，與常見的軸晃動、油膜渦動、油膜震蕩有明顯的不同，軸抖動通常伴隨軸瓦的明顯磨損，油膜渦動和油膜震蕩的次諧波非常豐富，而經(jīng)過檢查電機(jī)軸瓦沒有明顯磨損，頻譜圖中也沒有發(fā)現(xiàn)半頻波和其他諧波。根據(jù)1～6倍諧波的存在來看，電機(jī)存在部件松動的可能。

再次對電機(jī)進(jìn)行解體檢查和檢修，更換冷卻器;更換機(jī)座，消除偏心;更換轉(zhuǎn)子，確保動平衡數(shù)值達(dá)標(biāo)。采取以上措施后，重新上試驗臺進(jìn)行負(fù)荷試車，經(jīng)過2 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，雜音改變了頻率，并減弱(電磁振動產(chǎn)生的雜音已經(jīng)消除)，但測到的頻譜中1～6倍頻突起依然存在，電機(jī)發(fā)生振動的根源仍然沒有找到。

2.3 電機(jī)部件松動是造成電機(jī)故障的主要原因

根據(jù)轉(zhuǎn)子部件松動導(dǎo)致振動故障的機(jī)理，機(jī)組的振動大小是由激振力和機(jī)械阻尼共同決定的。轉(zhuǎn)子支承部件一旦松動，會使連接剛度下降，機(jī)械阻尼降低，這是松動振動異常的原因［2］。如圖6所示，當(dāng)軸瓦與瓦座配合具有較大間隙時，軸承套受轉(zhuǎn)子離心力的作用沿圓周方向發(fā)生周期性變形，從而改變了軸承的幾何參數(shù)，影響油膜的穩(wěn)定性;由于軸瓦結(jié)合面上有間隙，系統(tǒng)發(fā)生不連續(xù)的位移，產(chǎn)生了激振力。

圖6 機(jī)械松動

通過檢查電機(jī)所有主要部件特別是與傳動軸相關(guān)的組件，對可能引起電機(jī)發(fā)生振動的各種可能進(jìn)行逐一的排查與檢修消除，但仍然在頻譜圖中發(fā)現(xiàn)與故障初期相似的情況。振動產(chǎn)生的主要根源集中到了軸瓦與軸瓦座的緊力上。經(jīng)過檢測，前軸承箱球形軸瓦緊力為－0.14 mm(標(biāo)準(zhǔn)是－0.025 ～ －0.05 mm)［3］，軸瓦的這一超差直接造成轉(zhuǎn)子支撐松動，從而引起振動諧波的產(chǎn)生，這就完全符合1～6倍頻突起這一現(xiàn)象。通過調(diào)整軸瓦緊力，測到的頻譜圖中沒有發(fā)現(xiàn)以上情況，電機(jī)的振動檢測數(shù)值下降到1.0 mm/s以下，整個機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)良好，噪音也隨之徹底消失。

3 故障消除

電機(jī)振動震源是由聯(lián)軸器側(cè)軸瓦與瓦座緊力偏差引起的，這一超差直接造成轉(zhuǎn)子支撐松動，從而引起振動諧波的產(chǎn)生。電機(jī)制造廠家更換聯(lián)軸器側(cè)軸瓦與瓦座并將緊力調(diào)整控制到標(biāo)準(zhǔn)范圍－0.003 mm，考慮到長時間運(yùn)行潤滑油溫度上升會引起軸瓦與瓦座結(jié)構(gòu)尺寸產(chǎn)生的微小變形所以選擇偏下限控制。經(jīng)過電機(jī)單機(jī)試驗和現(xiàn)場聯(lián)動運(yùn)行，振動和噪音現(xiàn)象徹底消除，軸瓦溫度也大大降低，在正常使用范圍內(nèi)，經(jīng)過連續(xù)長時間運(yùn)行監(jiān)控和檢測，電機(jī)的振動數(shù)值一直小于1.0 mm/s，聯(lián)軸器側(cè)油溫始終低于65℃，具體情況見表4。

表4 連續(xù)運(yùn)行2個多月后P－2104B各軸承測點(diǎn)數(shù)據(jù)(2007年9月25日)

從以上數(shù)據(jù)可以看到，經(jīng)過故障原因查找分析以及排除后P－2104B運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)良好。

4 結(jié)語

P－2104B在試運(yùn)行初期和短時間內(nèi)運(yùn)行過程中并沒有發(fā)生異常振動和雜音現(xiàn)象，即便在帶負(fù)荷試車過程中出現(xiàn)異常時，采用簡易狀態(tài)監(jiān)測儀器也很難檢測到電機(jī)的振動諧波異常。設(shè)備振動產(chǎn)生的原因多種多樣，分析查找震源有時確實比較困難。通過有效的狀態(tài)監(jiān)測、運(yùn)用對比分析判斷和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真地科學(xué)態(tài)度，采取逐步排查消除的方法，查找噪音、振動產(chǎn)生的根源，通過檢修和整改，最終消除故障。

ABSTRACT

［1］ 肖蕙蕙，李川，李山，等．小波分析在異步電機(jī)故障診斷中的應(yīng)用［J］．重慶工學(xué)院學(xué)報，2006，20(8):75 －77．

［2］ 黃文虎，夏松波，劉瑞巖．設(shè)備故障診斷原理技術(shù)及應(yīng)用［M］．北京:科學(xué)出版社，1996．

［3］ 顧德軍，欒華．2極中型異步電機(jī)振動產(chǎn)生的原因及處理［J］．防爆電機(jī)，2005，40(3):30 －32．

In view of the phenomena of noise，vibration，and over standard of gap block temperature occurred on electric motor of lean amine booster pump in 3．3 Mt/a diesel hydrogenation plant during the process of single unit trial run，the various possible affecting factors including electric motor foundation，stone bolts and all the parts of electric motor were checked and analyzed．Based on finding and solving the defects in foundation grouting and loosening of cooling air duct，the causes of electric motor failure were found through state motoring and theoretical calculation，that is difference of tightening force between side gap block and gap block of electric motor shaft joint，and the raise of lubricant temperature after long time operation intensify the difference，so as to cause loosening of rotor support，and finally cause electric motor failure．

Analysis on Causes of Vibration of Electric Motor of Lean Amine Booster Pump and Trouble Clearing

Wang Jiaxiang
(Olefin Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

electric motor，noise，vibration，state motoring，gap block，loosening，failure

1674－1099 (2012)04－0055－04

TM307+．1

A

2012-06-11。

王家祥，男，1962年出生，工程師，現(xiàn)擔(dān)任中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部3#烯烴裝置書記兼設(shè)備主任，主要從事設(shè)備管理工作。