離心泵振動故障診斷方法研究及系統(tǒng)實現(xiàn)

梁宇哲 趙芳 陳梓源

摘 要：近年來，機械設(shè)備故障診斷技術(shù)在國內(nèi)外得到了較大的發(fā)展，在國民生產(chǎn)中起到了重大的作用。由于機械系統(tǒng)工作過程是復(fù)雜的，有很多故障是來自多種影響因素，對其實施故障診斷比較困難，盡管人們已對其開展了不少研究并取得了一些研究成果，但在企業(yè)中的應(yīng)用還不是很普遍。本文就離心泵振動故障診斷方法研究及系統(tǒng)實現(xiàn)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：離心泵；振動故障；診斷措施

引言

離心泵工作室，其高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片將帶動水轉(zhuǎn)動，不斷的將水甩出，達(dá)到輸送的目的。正是由于離心泵的重要性，其一旦產(chǎn)生故障，輕者造成設(shè)備性能的弱化，重者將造成災(zāi)難性的后果。

一、振動原因分析

引起機泵振動的原因很多，一般情況下離心泵的振動有機械原因，還有水力學(xué)方面的原因。各種原因產(chǎn)生的振動，其振動特點不同，對分析振動和采取消除振動的措施非常重要。應(yīng)當(dāng)分清主次，有步驟地逐個排除次要原因，找出主要原因，并根據(jù)情況做出相應(yīng)處理。

1.1機械原因產(chǎn)生的振動

在機械原因產(chǎn)生的振動中，轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是其中最常見的原因之一。另外機組中心不正、聯(lián)軸器不對正、支撐部件缺陷、潤滑不正常等原因都會產(chǎn)生振動。

（1）由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均勻所引起的振動，其特點是在兩軸承處發(fā)生較大振動，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升接近額定值時，振幅增加很快。離心泵的葉輪或軸等轉(zhuǎn)動零件經(jīng)過長時間運轉(zhuǎn)后，由于磨損和腐蝕以及局部損壞或異物堵塞等原因，均可造成轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡，在旋轉(zhuǎn)時由此而引起振動，甚至是破壞性的振動，其振動頻率和轉(zhuǎn)速一致，而振幅與負(fù)荷、吸入壓頭大小無關(guān)，僅隨轉(zhuǎn)速變化而變化。在轉(zhuǎn)動軸的振動中，是最常見的。當(dāng)泵檢修后，特別是更換轉(zhuǎn)動部件以后，要重新做動平衡試驗，進(jìn)行校正，達(dá)到平衡才能消除振動。

（2）當(dāng)機組中心不正時，振動隨負(fù)荷增加而加劇，有時還會發(fā)生突然的變化。中心不正的原因很多，諸如機械加工質(zhì)量不好；安裝找正不好；在吸、壓水管上承受過載負(fù)荷；軸承磨損或前后軸瓦不同心都會引起泵的振動。此時不能用配重方法，如用配重方法則加大振動。

（3）聯(lián)軸器不對正引起的振動。在泵的安裝過程中，如聯(lián)軸器不同心、聯(lián)軸器對輪的螺栓配合不良、結(jié)合面的平行度達(dá)不到要求（機械加工精度差或安裝不合格）或者由于找正不準(zhǔn)確，原動機軸和離心泵軸不在一條直線上，當(dāng)泵運轉(zhuǎn)時必然引起振動?？赡鼙瞄_始時不振動，但經(jīng)過一段時間的運轉(zhuǎn)，地腳螺栓松動墊板移位或基礎(chǔ)下沉等原因，使泵中心偏移也會引起振動。如果電機單獨運行時不振動，而把聯(lián)軸器接上去就出現(xiàn)振動的話，首先應(yīng)懷疑定心不良。對于輸送高溫液體的泵，由于熱膨脹使原動機一側(cè)的聯(lián)軸器在運轉(zhuǎn)中搖動，或者由于泵的聯(lián)接管路的重量、熱膨脹、聯(lián)接法蘭不對中心，使泵與原動機的對中變動，也必然引起泵的振動。法蘭型彈性聯(lián)軸器的橡皮圈配合不均勻，也會產(chǎn)生性質(zhì)完全相同的結(jié)果。

（4）當(dāng)支撐部件有缺陷（如基礎(chǔ)剛性不夠、緊固件松動）時，振動在空負(fù)荷時就發(fā)生，而且振幅不穩(wěn)定。這是由于管路支撐不牢，支架不穩(wěn)引起振顫。泵的地腳不平穩(wěn)，基礎(chǔ)不堅固造成泵機開動時機身振動搖晃，或者由于基礎(chǔ)太輕安裝不牢固，當(dāng)泵自身的振動和基礎(chǔ)的振動頻率一致時，引起共振，形成很強的振動。這種情況只有增大基礎(chǔ)的重量和牢固性才能消除共振。如果軸向振動不是由于質(zhì)量不均勻所致，則這種振動是由前軸承座剛度下降所造成。

（5）潤滑不正常。軸承間隙大，油膜被破壞時振動值隨運轉(zhuǎn)情況的改變而變化，而且振動時機件有不正常的抖動與響聲。

1.2水力學(xué)原因產(chǎn)生的振動

（1）汽蝕現(xiàn)象。當(dāng)葉輪吸進(jìn)的液體有氣泡時，在葉輪離心力的作用下，由于壓力突然增高使氣泡驟然液化，葉輪產(chǎn)生振動并造成噪音。汽蝕主要發(fā)生在大流量工況下，汽蝕引起泵體劇烈振動，并隨之發(fā)生噪音。

（2）低于最小流量時發(fā)生的振動。離心泵在低于設(shè)計最小流量下運行時，將會發(fā)生不穩(wěn)定工況，流量忽大忽小，壓力忽高忽低，不斷發(fā)生相當(dāng)激烈的波動并導(dǎo)致管路的劇烈振動，隨之發(fā)出喘氣一樣的噪音，這時會造成嚴(yán)重后果。離心泵在低于最小流量下運行，液體要發(fā)生汽化。鑒于上述情況，離心泵在運行時不應(yīng)低于所規(guī)定的最小流量。通常輸油泵的最小流量應(yīng)在額定流量的20%以上。

二、離心泵的故障評定方法

離心泵很多故障都會引起機械的振動，有統(tǒng)計表明，由振動導(dǎo)致的機械故障率高達(dá)70%。一方面我們必須對此加以重視，防治振動損害的產(chǎn)生。另一方面我們也可以根據(jù)振動信號，加以整理和分析，從而對機械設(shè)備故障有個清晰的了解。這就是振動分析法，這也是目前使用頻率最高、也最常見的分析方法，特別是針對上述故障中的轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、不對中等問題更是具有很高的應(yīng)用價值。其作業(yè)原理如下：首先，要搜集離心泵運行中相關(guān)數(shù)據(jù)情況，例如工作參數(shù)、運行時間、故障歷史以及以往的檢修狀況。然后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，獲得基本信息。再對振動信號進(jìn)行變換和分析，將噪音部分去掉，整理出有用的信息，分析出運行狀況，再結(jié)合信號特征、故障機理及歷史運行情況對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行識別，分析故障原因、部位及發(fā)展趨勢，最后提出診斷結(jié)論及操作、維修建議。這個過程中最重要也是最困難的一部分就是對振動信號的識別和分析，只有有效的對信號進(jìn)行捕捉和分析，才能準(zhǔn)確、全面、及時地掌握設(shè)備的運行狀態(tài)和質(zhì)量狀況。

三、預(yù)防振動的措施

預(yù)防離心泵發(fā)生振動，除了在泵的設(shè)計、安裝、管路施工、試車等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制外，維修人員應(yīng)當(dāng)從以下幾方面考慮：對轉(zhuǎn)子做靜平衡實驗，有條件時要做動平衡試驗，使轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動時處于平衡狀態(tài)；計算離心泵的臨界轉(zhuǎn)數(shù)，運行時要避開泵的臨界轉(zhuǎn)數(shù)；長輸管道應(yīng)盡量利用正壓進(jìn)泵，避免泵產(chǎn)生汽蝕；安裝時要考慮管路熱膨脹對泵的不良影響，必要時管道可裝熱補償器消除熱應(yīng)力；泵的基礎(chǔ)要有足夠的穩(wěn)定性，以免發(fā)生整體共振；地腳螺栓要牢固；應(yīng)經(jīng)常檢查泵軸是否彎曲、葉輪是否有腐蝕或堵塞、軸承的間隙是否合適、潤滑是否充足；要檢查電機和泵的聯(lián)軸器是否同軸，不同軸要進(jìn)行調(diào)整。維修人員要定期檢測泵的振動情況，做好記錄，進(jìn)行分析，安排處理。

運行人員要按時進(jìn)行巡檢，通過“望、聞、問、切”檢查輸油泵運行中振動是否有變化，有無異響；軸瓦是否缺油、超溫；機組固定螺栓有無松動情況，特別是聯(lián)軸器部位的螺栓、螺母、彈性膠圈、彈性膜片有無損壞；平衡管是否發(fā)熱；各密封點有無滲漏；停運的泵要堅持盤車；運行中一旦發(fā)現(xiàn)振動和聲音異常，要及時處理，必要時可采取緊急停泵措施，把故障消滅在萌芽狀態(tài)。

四、結(jié)束語

總之，離心泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件眾多，在其運行過程中容易產(chǎn)生各種故障，有的故障突發(fā)性的，有的是隨機性的。有時同時出現(xiàn)集中故障。針對此情形，需要我們不斷加強對離心泵故障產(chǎn)生與診斷的研究，利用新興的電子技術(shù)，對故障機理和特征做更深入的研究，從而不斷找出問題、分析問題、解決問題，在此過程中不斷積累經(jīng)驗，從而提高離心泵的運行效果，為企業(yè)生產(chǎn)保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

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[2]萬鶴鳴.離心泵振動原因分析和解決方案[J].化工管理，2014（08）：157.

（作者單位：沈陽鼓風(fēng)機集團(tuán)核電泵業(yè)有限公司）