立式循環(huán)泵組振動原因分析與處理對策

　　摘 要：我廠循環(huán)泵房裝有長沙水泵廠生產(chǎn)56LKXA-18型立式循環(huán)泵4臺，供2臺200MW汽輪發(fā)電機(jī)組冷卻用水，于1999年投入運(yùn)行。該型泵組自投運(yùn)以來曾因各種原因發(fā)生了振動值超標(biāo)故障，經(jīng)過多年對該泵組的檢修工作經(jīng)驗(yàn)，摸索到了一些該泵組震動超標(biāo)的原因和解決方案，下面就該問題進(jìn)行分析與探討。
　　關(guān)鍵詞：立式循環(huán)泵組 導(dǎo)軸承 機(jī)架 振動 故障分析
　　中圖分類號：TP277文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0068-02
　　1 泵組構(gòu)造簡介
　　56LKXA-18型立式循環(huán)泵為立式，單吸，單級導(dǎo)葉式混流泵，在不拆卸泵體的情況下可單獨(dú)抽出轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢修。該泵主要由吸入喇叭管，外接管，出口彎管，泵支撐板及安裝墊板，電機(jī)支座，導(dǎo)流板及軸封部分，軸承部分，聯(lián)軸器，葉輪，葉輪室，導(dǎo)葉體，潤滑內(nèi)接管組成（圖1）。流量14940（m3/h），揚(yáng)程18m。配套電動機(jī)為上海電機(jī)廠生產(chǎn)YL1000-12型立式異步電動機(jī)。額定功率1000kW，轉(zhuǎn)速495r/min。
　　2 故障原因分析及處理對策
　　大型立式循環(huán)泵組的振動的原因主要有：（1）機(jī)械原因引起的振動：因不平衡、連接不良、接觸不良、動靜摩擦、軸承因素及基礎(chǔ)因素等。（2）流體原因引起的振動：因流體脈動、汽蝕、葉片數(shù)和葉片形狀不同等因素。（3）電氣原因引起的振動：因負(fù)荷不平衡、磁通量不平衡、電源高次諧頻、倍頻振動、轉(zhuǎn)差率等因素。
　　2.1 機(jī)械原因引起的振動
　　2005年12月，我廠#4循環(huán)泵運(yùn)行中突然發(fā)生振動超標(biāo)故障?，F(xiàn)場觀察，軸封處大量甩水，油、水管路有明顯抖動現(xiàn)象，測量該泵組振動值：泵導(dǎo)軸承處水平方向0.02/0.03mm，垂直方向0.01/0.012mm；電動機(jī)下機(jī)架水平方向0.04/0.06mm，垂直方向0.015/0.02mm；電動機(jī)上機(jī)架水平方向0.14/0.16mm，垂直方向0.05/0.06mm。立即將該泵停止運(yùn)行，隨后將水泵與電動機(jī)聯(lián)軸器解開，對電動機(jī)進(jìn)行了單獨(dú)試運(yùn)，測量該電機(jī)下機(jī)架振動值0.01/0.012mm，上機(jī)架振動值0.015/0.016mm。符合規(guī)范要求，基本排除電動機(jī)對泵組振動的影響。決定對循環(huán)泵進(jìn)行解體檢查。
　　循環(huán)泵解體后發(fā)現(xiàn)，葉輪上有一葉片斷裂（圖2），軸承支架及泵體筒壁磨損，水泵潤滑內(nèi)接管連接法蘭盤螺栓部分脫扣。
　　從其振動頻譜分析：（1）1倍頻占主要成分。（2）1倍頻轉(zhuǎn)速頻率的振動尖峰的幅值大于振動總量幅值的80%。（3）水平方向振動比垂直方向大2～3倍。由此可以判定，水泵葉輪葉片斷裂造成轉(zhuǎn)子不平衡，也就是引起泵組振動值超標(biāo)的直接原因。由于泵組的振動過大，造成水泵潤滑內(nèi)接管連接法蘭盤螺栓受損及軸承支架磨損。而葉片斷裂的原因：一是因該泵靠近取水口的來水側(cè)，相對于其它3臺泵，其進(jìn)水室沉積物較多，造成葉輪沖蝕比較嚴(yán)重；二是該泵在此之前曾經(jīng)因出力不夠，返回長沙水泵廠進(jìn)行過葉輪葉型矯正，在矯正的過程中對葉片根部進(jìn)行過加熱處理，可能存在因工藝不當(dāng)造成應(yīng)力集中，以至發(fā)生斷裂。另外，經(jīng)金屬專業(yè)人員檢查從葉片斷面來看，其根部有原始裂紋，加之葉輪整修后動平衡不良，使葉片長期在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生金屬疲勞，造成斷裂。此葉輪由長沙水泵廠進(jìn)行返廠修復(fù)處理，回裝后該泵組運(yùn)行正常。
　　2.2 流體原因引起的振動
　　2007年7月，我廠#1循環(huán)泵運(yùn)行突發(fā)嚴(yán)重振動問題，現(xiàn)場觀察控制盤電流表指示擺動幅度達(dá)20A，泵基礎(chǔ)都能感覺到明顯震感，并伴有強(qiáng)烈噪聲。在檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)一次濾網(wǎng)因卡澀致使保護(hù)動作跳閘，泵進(jìn)水室水位較正常水位低4m。立即停止該泵運(yùn)行。
　　進(jìn)一步查找原因發(fā)現(xiàn)，一次濾網(wǎng)鏈板銷軸脫開，致使濾網(wǎng)鏈條連同網(wǎng)板脫落，疊加堆積在濾網(wǎng)進(jìn)水室中，造成一次濾網(wǎng)保護(hù)跳閘，無法運(yùn)轉(zhuǎn)。加之當(dāng)天正下大雨，河水中大量污物進(jìn)入濾網(wǎng)進(jìn)水室，由于一次濾網(wǎng)無法運(yùn)轉(zhuǎn)，致使污物淤積在網(wǎng)板上，造成濾網(wǎng)過流量急劇下降。從而導(dǎo)致循環(huán)泵進(jìn)水室水位下降，無法維持循環(huán)泵正常運(yùn)行所需水位。因此可以確定發(fā)生氣蝕是導(dǎo)致循環(huán)泵組振動的直接原因。汽蝕現(xiàn)象的特征：（1）因汽蝕原因引起的振動頻譜往往是隨機(jī)的，常伴有葉片通過頻率。（2）發(fā)生汽蝕時(shí)，超聲測量的高頻加速度，沖擊脈沖等將增大。（3）汽蝕往往產(chǎn)生奇特的噪聲。
　　鑒于一次濾網(wǎng)鏈板結(jié)構(gòu)存在設(shè)計(jì)問題，后經(jīng)與原廠家協(xié)商對其進(jìn)行了改進(jìn)。并于2008年在循環(huán)泵取水口加裝了一套清污設(shè)備。從而徹底消除了設(shè)備隱患，有效保證了循環(huán)泵的穩(wěn)定運(yùn)行。
　　3 綜合原因引起的振動
　　3.1 故障現(xiàn)象及處理過程
　　2006年9月18日，我廠#2循環(huán)泵發(fā)生振動異常問題?，F(xiàn)場測量#2循環(huán)泵電動機(jī)上機(jī)架水平方向最大振動值達(dá)0.12mm，且極不穩(wěn)定，南-北水平方向振動值在0.06～ 0.12mm之間波動。泵組其它運(yùn)行參數(shù)正常。因該泵剛剛進(jìn)行過大修，投運(yùn)后一直運(yùn)行正常，所以決定先檢查電動機(jī)。9月19日#2循環(huán)泵電動機(jī)單獨(dú)試運(yùn)，其上機(jī)架水平方向（南-北）振動值為0.12～0.13mm，垂直向振動值為0.05～0.06mm，下機(jī)架水平方向（南-北）振動值為0.04～0.06mm，垂直向振動值為0.02～0.03mm。由此可以基本確定是電動機(jī)故障造成循環(huán)泵組的振動。決定對電動機(jī)進(jìn)行解體檢查，檢查中發(fā)現(xiàn)上機(jī)架水平偏差大，達(dá)0.20mm/m，其它測量數(shù)據(jù)均符合規(guī)程要求。隨后對電動機(jī)轉(zhuǎn)、定子進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)斷條、線棒故障等電氣方面缺陷。于9月28日回裝后再次進(jìn)行了#2循環(huán)泵電動機(jī)單獨(dú)試運(yùn)，啟動后測量其上機(jī)架水平方向（南-北）振動值最大達(dá)0.30mm，在電動機(jī)停運(yùn)瞬間轉(zhuǎn)子惰走過程中測量其振動值迅速降至0.04mm以下。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)#2循環(huán)泵電動機(jī)定子水平偏差很大，北側(cè)低0.50mm/m。經(jīng)研究決定，在電動機(jī)定子支架北側(cè)加金屬墊片的方法調(diào)整定子水平。按工藝要求對各質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行了嚴(yán)格復(fù)查，沒有發(fā)現(xiàn)其他問題。經(jīng)再次檢修回裝后，于10月9日進(jìn)行了電機(jī)單獨(dú)和泵組整體試運(yùn)。經(jīng)檢測#2循環(huán)泵組最大振動值為0.03～0.04mm。符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，泵組整體運(yùn)行正常。
　　3.2 振動原因分析
　　#2循環(huán)泵組從9月18日運(yùn)行中突發(fā)振動故障至10月9日問題的解決，在此次處理過程中有很多值得去總結(jié)的地方。以便找出我們工作中存在的問題，提高相映的故障處理水平。
　?。?）水平變化造成泵組振動。
　　在第一次檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)電動機(jī)上機(jī)架水平偏差達(dá)0.20mm/m，超出了技術(shù)規(guī)范要求。使泵組產(chǎn)生一個不平衡位移，循環(huán)泵組轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)在此不平衡力的作用下產(chǎn)生振動。如圖3所示
　　（2）電動機(jī)定子偏心造成泵組振動。
　　在電動機(jī)第二次故障處理工作過程中發(fā)現(xiàn)定子水平偏差達(dá)0.50mm/m，因轉(zhuǎn)子中心線是垂直的，而電動機(jī)定子如此大的水平偏差必然會在轉(zhuǎn)子與定子之間產(chǎn)生一個不均勻的氣隙。如圖4所示，由于轉(zhuǎn)子、定子氣隙偏差大，所以在電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)子與定子最小氣隙處就會產(chǎn)生一最大電磁力，進(jìn)而產(chǎn)生了非定向的振動。如圖5所示，由于在故障處理前轉(zhuǎn)子也存在一與定子同向的水平偏差，而在將轉(zhuǎn)子調(diào)整后，卻相對增大了轉(zhuǎn)子、定子氣隙偏差，所以這也是第二次檢修后試運(yùn)時(shí)電動機(jī)振動值反而增大的原因。
　　（3）泵組水平變化原因分析。
　　造成泵組水平變化原因：一是泵組基礎(chǔ)原始安裝質(zhì)量問題；二是循環(huán)泵出口管路在長期運(yùn)行后由于滲漏和管路上部道路施工等原因造成沉降，進(jìn)而影響了泵組的基礎(chǔ)水平。
　　3 結(jié)語
　　大型立式循環(huán)泵組充分體現(xiàn)了機(jī)電一體化的特點(diǎn)，在處理振動故障時(shí)要從大視野多角度進(jìn)行分析及處理，只有這樣才能將泵組振動問題徹底解決。本文是立式循環(huán)泵組檢修實(shí)踐中一些經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，僅供檢修人員參考。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]56LKXA-18型泵安裝使用說明書.
　　[2]大型立式交流電動機(jī)使用維護(hù)說明