檢測技術(shù)在大型離心泵機(jī)組故障診斷中的應(yīng)用

江立凱，吳曉青，李有森

（深圳市水務(wù)（集團(tuán)）有限公司閥門檢測及維修分公司，廣東深圳 518000）

0 引言

大型離心泵機(jī)組常見的故障有轉(zhuǎn)軸不平衡、轉(zhuǎn)軸彎曲、不對中、軸承故障、零部件松動、基礎(chǔ)松動等多種類型[1]，依靠人員巡檢或設(shè)備本體報警的故障發(fā)現(xiàn)方式不可避免的存在一定滯后性和突發(fā)性，且對機(jī)組故障類型、部位及故障程度難以量化估計，可能導(dǎo)致維修不及時或過度維修的情況發(fā)生[2]。為進(jìn)一步提高設(shè)備的維護(hù)管理水平，根據(jù)大型離心泵機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點和故障類型，采用振動檢測儀、激光對中儀和紅外熱成像儀三種精密檢測儀器對離心泵機(jī)組進(jìn)行多指標(biāo)狀態(tài)評估和故障診斷，為其維修管理決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)，使得大型離心泵機(jī)組的故障檢修從經(jīng)驗判斷轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)量化分析。以下將舉例說明幾種檢測技術(shù)在大型離心泵機(jī)組故障診斷中的應(yīng)用情況。

1 應(yīng)用舉例

1.1 振動、對中、紅外熱成像聯(lián)合檢測

某送水泵機(jī)組水泵型號KPS35-300，水泵兩端軸承型號為6213，配套電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1480 r/min，功率200 kW，電機(jī)兩端軸承型號為6319（圖1）。對其進(jìn)行振動檢測，共設(shè)置8 個測點，測點布置及振動數(shù)據(jù)見表1。

由表1 可知，該機(jī)組電機(jī)端垂直位振動較大，達(dá)3.9 mm/s，超過了設(shè)定的報警值（2.8 mm/s），接近停機(jī)值（4.5 mm/s）。進(jìn)行波形頻譜圖分析，可見其振動頻譜中出現(xiàn)明顯的高頻成分，主要峰值頻率分別為122.5 Hz、392.5 Hz、466.2Hz、491.2 Hz、516.2 Hz 等（圖2），高頻峰值兩邊帶有邊頻，且時域波形圖具有較為明顯的調(diào)制現(xiàn)象（圖3），符合軸承故障特征。此外，工頻（24.7 Hz）峰值也較為凸顯，符合轉(zhuǎn)軸不平衡、對中角度偏差等故障特征。

表1 振動、對中、紅外熱成像聯(lián)合檢測時測點布置與振動測量值

圖1 機(jī)組結(jié)構(gòu)

圖2 頻譜圖

圖3 波形圖

為進(jìn)一步診斷故障原因，進(jìn)行紅外熱成像檢測（圖4），發(fā)現(xiàn)驅(qū)動端軸承位大范圍溫度較高，最高達(dá)65.6 ℃，溫升43.6 ℃（環(huán)境溫度22 ℃），溫升較高說明軸承運(yùn)行狀態(tài)不佳，其軸承零件可能存在一定磨損。其次，對電機(jī)輸出軸與水泵轉(zhuǎn)軸的對中情況進(jìn)行檢測（表2），可見其水平和垂直方向角度偏差均超過參考值，其中垂直方向角度偏差達(dá)0.24 mm（或0.24 mm/100），對中角度偏差過大。綜上分析，推測該機(jī)組電機(jī)驅(qū)動端軸承可能存在故障成分，建議更換軸承；電機(jī)輸出軸與水泵轉(zhuǎn)軸對中偏差較大，建議進(jìn)行對中校準(zhǔn)。

圖4 紅外熱成像檢測

根據(jù)振動、對中、紅外熱成像聯(lián)合診斷得出的檢修意見，對該機(jī)組進(jìn)行針對性的拆機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動端軸承內(nèi)環(huán)存在磨損，對其進(jìn)行更換；并對機(jī)組軸系進(jìn)行對中校準(zhǔn)，檢修后機(jī)組的振動值降到報警值之內(nèi)（表1），運(yùn)行噪聲明顯降低，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

表2 激光對中檢測結(jié)果

1.2 振動、對中聯(lián)合檢測

某送水泵機(jī)組水泵揚(yáng)程44 m，流量5004 m3/h，水泵兩端軸承型號為6326，配套電機(jī)為定速電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速1490 r/min，功率560 kW，電機(jī)兩端軸承型號為NU228EC3（圖5）。該機(jī)組頻繁出現(xiàn)運(yùn)行溫度過高、噪聲大等問題，且軸承損壞較快，經(jīng)多次拆機(jī)維修仍無法徹底根治。對該機(jī)組進(jìn)行振動檢測，共設(shè)11 個測點，測點布置及振動數(shù)據(jù)見表3。

由表3 可知，該機(jī)組水泵端的振動值較大，其中水泵驅(qū)動端垂直位振動達(dá)5.5 mm/s，超過了停機(jī)值（4.5 mm/s），認(rèn)為該振動烈度可能會損壞機(jī)組。進(jìn)行振動分析，水泵端振動波形圖近似正弦波（圖6），而振動頻譜以工頻（24.8 Hz）為主（圖7），其他倍頻成分所占比例較少，且該振動特征在徑向和軸向均有體現(xiàn)，符合轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)軸彎曲或?qū)χ薪嵌绕畹裙收咸卣?。為進(jìn)一步排查故障原因，進(jìn)行激光對中檢測，檢測結(jié)果見表4。

圖5 機(jī)組結(jié)構(gòu)

表3 振動、對中聯(lián)合檢測時測點布置與振動測量值

可見該機(jī)組對中狀態(tài)較為良好，故可排除對中偏差故障。綜上分析，振動超標(biāo)的原因可能為轉(zhuǎn)子不平衡或轉(zhuǎn)軸彎曲引起，可能存在水泵葉輪磨損缺失、汽蝕、結(jié)垢不均，或轉(zhuǎn)軸受力變形等故障成分，因此，建議對泵體轉(zhuǎn)動部件進(jìn)行動平衡檢驗。

根據(jù)振動及對中分析得出的檢修意見，對該機(jī)組進(jìn)行針對性的拆機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)葉輪存在較為嚴(yán)重的氣蝕現(xiàn)象，葉輪表面有明顯的凹孔（圖8），進(jìn)行動平衡檢驗（圖9），結(jié)果顯示葉輪最大不平衡面偏差達(dá)431 g，葉輪不平衡超標(biāo)，與振動分析結(jié)論一致。因此，對葉輪進(jìn)行動平衡修補(bǔ)，維修后機(jī)組的振動值明顯降低（表3），且振動頻譜無明顯故障特征成分。

圖6 波形圖

圖7 頻譜圖

表4 機(jī)組激光對中檢測結(jié)果

圖8 氣蝕現(xiàn)象（局部）

圖9 動平衡檢測

2 結(jié)論

振動、激光對中及紅外熱成像2 種檢測技術(shù)各有其適用范圍和敏感區(qū)域，實踐證明，聯(lián)合采用這2 種檢測技術(shù)，可對大型離心泵機(jī)組常見故障問題進(jìn)行綜合診斷，且2 種檢測結(jié)果相互驗證，使得診斷結(jié)論更加精準(zhǔn)可靠，為離心泵機(jī)組的維修決策提供有效參考，從而有效提高維修效率、節(jié)約維修成本。