立式多級離心泵故障診斷及分析處理

黎曉勇，梁春育，陳文忠

（新疆獨(dú)山子石化設(shè)備檢修公司煉油鉗工車間，新疆獨(dú)山子 833699）

0 引言

煉油廠銷售球罐裝置P-2/1為立式筒袋泵，所打介質(zhì)為液化氣。在運(yùn)行中出現(xiàn)振動超標(biāo)數(shù)值，并在泵體下端伴隨異常響聲。解體發(fā)現(xiàn)，泵體首級葉輪口環(huán)和殼體口環(huán)嚴(yán)重磨損，并有數(shù)道深度（0.5～1.5）mm左右溝槽，轉(zhuǎn)子上端的平衡鼓磨損間隙最大處達(dá)1.2 mm（按技術(shù)要求為≤0.4 mm）。球罐裝置中其他立式筒袋泵均出現(xiàn)過類似問題，無法保證長周期運(yùn)行。

1 泵體參數(shù)及示意圖

泵型號 TTMC50(A)-5，轉(zhuǎn)速 2980 r/min，軸承型號7214BDB，葉輪級數(shù)5級。泵結(jié)構(gòu)和測點分布見圖1

2 故障現(xiàn)象及診斷分析

2.1 故障現(xiàn)象

泵電機(jī)功率35 kW，依據(jù)ISO 2372—1974標(biāo)準(zhǔn)，其振動速度有效值報警值在（2.8～4.5）mm/s，目前，該泵的速度值已經(jīng)達(dá)到4.1 mm/s和 2.8 mm/s，屬于報警階段，一般來說，在1～3個月或更短的時間內(nèi)，振動總量值變化30%～50%，通常說明機(jī)械發(fā)生故障?，F(xiàn)在（僅一周時間）最大增幅為246%，可見故障蔓延迅速、程度嚴(yán)重。

2.2 故障性質(zhì)分析

2.1.1 故障所反映的振動特性

圖1 P-2/1泵

分析頻譜圖中摩擦故障所反映的特性。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體與靜止件相接觸時，轉(zhuǎn)子摩擦產(chǎn)生與機(jī)械松動類似的頻譜，一般在1/2工頻區(qū)；當(dāng)旋轉(zhuǎn)體中有局部摩擦或整圈摩擦?xí)r，會產(chǎn)生許多頻率，往往會激起一個或幾個共振，有較多的亞諧波倍頻（0.25×，0.5×，1×，1.5×，2×，2.5×等），如圖2所示。這與轉(zhuǎn)子的自然頻率的位置有關(guān)；如有間隙過大的滑動軸承支撐的系統(tǒng)中存在不平衡或不對中則會引起很大的振動。

圖2 典型的摩擦頻譜

2.2.2 故障信號的診斷及分析

通過對該泵頻譜分析，如圖3和圖4所示，發(fā)現(xiàn)在0.5×，1×，1.5×，2×，2.5×，3×等都與典型摩擦特征的故障頻譜圖相吻合；在（2000～2800）Hz高頻處出現(xiàn)寬頻帶，并在 2309.375 Hz，2415.625 Hz，2443.75 Hz，2515.625 Hz等相應(yīng)位置出現(xiàn)故障頻率的倍頻，在其他徑向頻譜圖中也存在類似的現(xiàn)象。

從圖5可見波形呈“熱帶魚”形狀，能量沖擊較大，達(dá)到10.75 mm/s2。所以推斷泵轉(zhuǎn)子存在較為嚴(yán)重的徑向摩擦故障?？傻贸觯摫糜捎谵D(zhuǎn)子和定子存在摩擦，導(dǎo)致泵體發(fā)出振動和異響。

3 故障原因分析

圖3 1V頻譜圖

圖4 2V頻譜圖

圖5 1V波形圖

在分析了泵的故障性質(zhì)后，認(rèn)為轉(zhuǎn)子和定子發(fā)生摩擦碰撞主要與首級葉輪材料有關(guān)。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和分析發(fā)現(xiàn)，泵長期存在不能長周期運(yùn)行的情況，最近一次運(yùn)行周期僅7 d（按照規(guī)定該類泵大修周期為18個月）。解體檢查中發(fā)現(xiàn)，葉輪口環(huán)磨損間隙由上至下逐漸增大（0.8～2.5）mm，標(biāo)準(zhǔn)裝配間隙（0.5～0.6）mm。根據(jù)立式多級泵的運(yùn)行特點可知，底端首級葉輪和口環(huán)起到滑動軸承的作用，主要承受徑向沖擊力。那么，就把問題的根源放在了首級葉輪和口環(huán)上，口環(huán)材料為磷青銅，自潤滑性較好。按API 610標(biāo)準(zhǔn)C-6規(guī)定，口環(huán)材料選用原則是低于葉輪50個硬度，經(jīng)查詢驗證符合要求。并且磷青銅作為泵的口環(huán)被廣泛應(yīng)用。最后將故障鎖定在首級葉輪材料上，查找泵的出廠資料發(fā)現(xiàn)原始設(shè)計的葉輪口環(huán)材料為SS304不銹鋼，而現(xiàn)場拆檢的首級葉輪材料為普通碳鋼，最終查到了原因為首級葉輪表面耐磨性達(dá)不到現(xiàn)場要求所致。反復(fù)和廠家溝通，得知廠家將該泵所輸介質(zhì)液化氣誤認(rèn)為是水，所以將材料降級處理。經(jīng)廠家建議，可將普通碳鋼的葉輪表面鍍鉻處理。圖6是磨合實驗過程中的摩擦因數(shù)變化曲線?？梢姡冦t層摩擦因數(shù)在0.55左右波動，而SS不銹鋼摩擦因數(shù)在1.064左右波動。表明鍍鉻層的耐磨性能優(yōu)于碳鋼層。所以采取廠家建議葉輪磨損面磨加工到（0.8～1.6）Ra，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)鍍硬鉻0.08 mm，最后磨加工到（0.8～1.6）Ra。如圖7和圖8所示，鍍鉻的首級葉輪表面比鍍鉻前光潔度較高，符合要求，可以裝配使用。

圖6 摩擦因數(shù)隨時間變化的曲線

4 故障維修及運(yùn)行驗證

拆卸平衡鼓組件、葉輪和葉輪口環(huán)，發(fā)現(xiàn)平衡轂組件、葉輪和葉輪口環(huán)磨損嚴(yán)重，各級葉輪口環(huán)間隙最大達(dá)到2.5 mm，屬于嚴(yán)重超標(biāo)，軸上各關(guān)鍵部位的測點跳動量符合要求，說明軸沒有發(fā)生彎曲變形。更換新的平衡轂組件和對磨損的口環(huán)重新鑲套（口環(huán)和葉輪間隙以0.6 mm為標(biāo)準(zhǔn)）處理后，安裝廠家鍍鉻的葉輪，整體按照順序回裝。

試運(yùn)行2個多月表明，（圖 9、圖 10）泵體振動情況良好并趨于穩(wěn)定，1H速度值由3.738 mm/s降至0.998 mm/s和2H速度值由3.5 mm/s降至0.701 mm/s，泵體各部位振動值下降至正常水平，反映出對P-2/1泵故障的診斷和處理情況是正確的。

圖7 普通碳鋼首級葉輪

圖8 鍍鉻首級葉輪

圖9 1H振動趨勢

圖10 2H振動趨勢

5 結(jié)論

P-2/1泵振動和異常響聲是由轉(zhuǎn)子和定子發(fā)生摩擦所引起的撞擊故障所致，間接因素和葉輪表面的抗耐摩性強(qiáng)弱有關(guān)。這也說明在機(jī)械維修時，一定要認(rèn)真仔細(xì)，杜絕人為失誤導(dǎo)致的故障。

［1］吳偉文，多級離心泵故障診斷及分析［J］，中國設(shè)備工程，2005（4）：46-48.

［2］張書等，鍍鉻層干摩擦狀態(tài)下磨損特征的研究［J］，潤滑與密封，2010（11）：67-70.