工業(yè)水泵軸承頻繁損壞解決方案及實(shí)施

趙建新

（沙角C電廠，廣東東莞 523936）

1 概述

南方某燃煤發(fā)電廠新安裝的工業(yè)系統(tǒng)采用三臺(tái)水泵并聯(lián)布置，用戶(hù)為消防水源備用、地面沖洗、鍋爐水封補(bǔ)水、沖渣等之用。設(shè)計(jì)工作點(diǎn)的流量258 m3/h，揚(yáng)程130 m，匹配電機(jī)160 kW，轉(zhuǎn)速度2 980 r/min，泵效率為78%，運(yùn)行方式為一用二備。近年來(lái)由于不斷進(jìn)行環(huán)保改造，系統(tǒng)設(shè)備增加，用水量持續(xù)增大，特別是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生清潔用水時(shí)段峰值疊加，改變?cè)瓉?lái)設(shè)計(jì)的最大用水量，系統(tǒng)的用水量變化導(dǎo)致泵工作點(diǎn)嚴(yán)重偏移，造成泵軸功率過(guò)載損壞軸承。通過(guò)測(cè)量、軸功率計(jì)算、頻譜采集等量化分析了該泵頻繁損壞根本原因，重新根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律和要求，優(yōu)化運(yùn)行方式進(jìn)行徹底解決[1]。

2 故障現(xiàn)象描述

三臺(tái)工業(yè)水泵布置于地下泵房負(fù)3米標(biāo)高，入口水池長(zhǎng)期保持5米液位，2017年底3臺(tái)泵新安裝相繼投入運(yùn)行。A工業(yè)水泵11月28日出現(xiàn)故障，發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動(dòng)端軸承超溫?fù)p壞，12月10日，運(yùn)行中的B工業(yè)水泵又出現(xiàn)故障，運(yùn)行值班人員發(fā)現(xiàn)軸承冒煙，伴隨有異常響聲音，停泵進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動(dòng)端軸承與A泵損壞情況相同，均是非驅(qū)動(dòng)端軸承超溫?fù)p壞，如圖1所示。點(diǎn)檢人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)唯一臺(tái)能正常運(yùn)行的C工業(yè)水泵進(jìn)行軸承溫度測(cè)量，發(fā)現(xiàn)有超溫情況。查詢(xún)了設(shè)備管理管理臺(tái)帳記錄的潤(rùn)滑油品、聯(lián)軸器對(duì)中等數(shù)據(jù)均未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致軸承損壞的因素。

為準(zhǔn)確找到工業(yè)水泵軸承損壞的原因，12月16日對(duì)現(xiàn)場(chǎng)僅有一臺(tái)運(yùn)行中的C泵采集了振動(dòng)頻譜[2]，通過(guò)對(duì)采集的頻譜分析發(fā)現(xiàn)，雖然整體的振動(dòng)尚處于許可范圍，最大的振動(dòng)為1.8 mm/s，頻率為99.3 Hz，但同時(shí)伴隨有故障初期的高倍頻振動(dòng)信號(hào)[3]，149 Hz、198.6 Hz、248.3 Hz、298 Hz等均有明顯的峰值。如圖2所示。

圖1 非驅(qū)端泵軸損壞

圖2 C泵非驅(qū)端泵頻譜

3 故障根源分析

根據(jù)軸承及泵軸損壞的情況看，排除了軸承質(zhì)量、運(yùn)行維護(hù)等方面的因素，泵廠家反饋該泵其他用戶(hù)使用情況良好，未出現(xiàn)過(guò)連續(xù)損壞的現(xiàn)象。從運(yùn)行中的C泵采集的頻譜中顯示有故障初期特征信號(hào)[5]，考慮從系統(tǒng)的匹配方面著手分析。

根據(jù)系統(tǒng)用水量的情況，抽樣測(cè)量了有代表性的時(shí)間段內(nèi)單泵運(yùn)行時(shí)全天的用水流量，分布情況如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)全天用水趨勢(shì)

根據(jù)用水流量曲線(xiàn)發(fā)現(xiàn)，有兩個(gè)時(shí)間段流量超過(guò)泵的額定值，存在過(guò)載荷的情況。測(cè)量的最大流量368 m3/h，出口壓力表顯值為8 bar，該流量點(diǎn)對(duì)應(yīng)的效率60%。

軸功率計(jì)算如下：

η泵——60%，為泵廠家提供對(duì)應(yīng)非設(shè)計(jì)工況流量效率。

（1）原設(shè)計(jì)工作點(diǎn)軸功率

根據(jù)計(jì)算可知，實(shí)際運(yùn)行中存在軸功率超過(guò)設(shè)計(jì)值的情況。泵軸傳遞的軸功率頻繁交變?cè)龃?，特別是快速大流量變化，軸承受的軸向推力及振動(dòng)隨之增加，從采集的頻譜可以得到驗(yàn)證。該工業(yè)水泵的損壞為系統(tǒng)用水量偏大，導(dǎo)致泵軸過(guò)載損壞。

4 解決方案及實(shí)施效果

綜合考慮系統(tǒng)穩(wěn)定需要，提出解決方案是將一用二備運(yùn)行方式改為二用一備方式，在不改變?nèi)魏蜗到y(tǒng)設(shè)備的情況下限制單泵的最大出力在額定出力以?xún)?nèi)，確保泵的運(yùn)行工作點(diǎn)處于最佳效率區(qū)[6]，同時(shí)提高了系統(tǒng)用水的可靠性。

圖4 優(yōu)化運(yùn)行后非驅(qū)端泵頻譜

經(jīng)解體泵軸并更換軸承后重新安裝到系統(tǒng)中投入運(yùn)行，新的優(yōu)化后的運(yùn)行方式設(shè)計(jì)任一臺(tái)泵跳閘或停運(yùn)時(shí)，及時(shí)開(kāi)啟備用泵。

如圖4所示，經(jīng)一個(gè)多月的運(yùn)行驗(yàn)證和振動(dòng)頻譜采集分析，振動(dòng)的1X頻，2X頻峰值等均有了較大的減少[7]，泵運(yùn)行平穩(wěn)，系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，確保了全廠各用戶(hù)的供水可靠性，優(yōu)化后運(yùn)行一直良好，未再出現(xiàn)軸承燒壞故障[8]。該泵軸承頻繁損壞的解決可為其他同類(lèi)故障原因分析和處理提供一定的借鑒。