淺析離心泵振動故障診斷及解決措施

孫永航

（遼陽石化分公司烯烴廠，遼寧 遼陽 111003）

由于離心泵設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、流量均勻、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定可靠、檢查維修方便等特點，所以在乙烯工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了理想的應(yīng)用效果。而在乙烯工業(yè)生產(chǎn)的過程中，針對裝置設(shè)備的連續(xù)性要求較高，則需要重點保障在線設(shè)備運轉(zhuǎn)的安全性與穩(wěn)定性。所以，積極開展離心泵振動故障的診斷與解決處理，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 離心泵振動故障分析

本文結(jié)合21-P-225泵的振動情況開展離心泵振動故障分析。在乙烯裂解生產(chǎn)裝置中，新堿循環(huán)泵是裂解工藝生產(chǎn)階段堿洗系統(tǒng)設(shè)備中的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，保障其運轉(zhuǎn)的安全性與穩(wěn)定性，能夠直接提升整個堿洗系統(tǒng)和整套乙烯裂解生產(chǎn)裝置的實際運轉(zhuǎn)情況。如果離心泵出現(xiàn)異常振動，則極易引發(fā)其他故障。因離心泵異常振動而引發(fā)的故障類型較多，例如，泵連接體出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象，泵軸的軸承出現(xiàn)異常損壞現(xiàn)象，軸承出現(xiàn)橫向裂紋現(xiàn)象或抱軸現(xiàn)象，機械密封出現(xiàn)短時泄漏現(xiàn)象，連接管路出現(xiàn)振動現(xiàn)象，以及焊接口出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，連接部件松動現(xiàn)象和電機損壞現(xiàn)象等。這些問題不僅會對設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)帶來直接威脅，還會增大設(shè)備的整體維修費用，甚至因此而引發(fā)停產(chǎn)現(xiàn)象和安全事故，給企業(yè)帶來不必要的損失與麻煩。

2 離心泵振動故障類型分析

離心泵振動故障類型主要有以下幾種：轉(zhuǎn)子不平衡或不對中、轉(zhuǎn)軸明顯彎曲、轉(zhuǎn)子的支撐部件聯(lián)接出現(xiàn)松動以及機械密封動靜件出現(xiàn)摩擦現(xiàn)象，軸承的各零部件出現(xiàn)各類故障等等，這些故障都會體現(xiàn)出現(xiàn)一個顯著的特點，即機器會出現(xiàn)異常的振動現(xiàn)象并伴有明顯的噪聲。離心泵的振動信號能夠從時域與頻域方面反應(yīng)離心泵故障的相關(guān)信息，其中，時域主要是反應(yīng)離心泵實際運行狀態(tài)方面的問題，而頻域方面則主要反應(yīng)的是離心泵設(shè)備的故障類型，故障的具體部位和相關(guān)原因等。所以，在離心泵振動故障分析中，頻譜分析法具有較高的應(yīng)用頻率。不同類型的故障會具有相應(yīng)的表現(xiàn)，具體情況如下。

（1）轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象：離心泵的轉(zhuǎn)子不平衡主要體現(xiàn)為轉(zhuǎn)子的水平振動與垂直振動的相位差在90°。（2）轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器不對中現(xiàn)象：如果聯(lián)軸器出現(xiàn)平行不對中的現(xiàn)象，則會導(dǎo)致振動頻率為二倍頻。由于聯(lián)軸器的偏角出現(xiàn)不對中的現(xiàn)象，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在軸向引發(fā)工頻振動現(xiàn)象。而平行偏角不對中現(xiàn)象，則是對上述兩種情況的綜合體現(xiàn)，不僅引發(fā)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)徑向振動現(xiàn)象與軸向振動現(xiàn)象，還會導(dǎo)致軸向振動的相位差變?yōu)?80°，但是，徑向振動則變?yōu)橥辔坏那闆r。這一特征是角度不對中的顯著體現(xiàn)。（3）軸承座不對中現(xiàn)象：振動頻率為工頻，但是，同時還伴有二倍與三倍頻。如果是滾動軸承出現(xiàn)不對中現(xiàn)象，那么n倍頻則是最直接的體現(xiàn)，并且徑向與軸向的振動都體現(xiàn)得十分明顯。（4）軸承彎曲現(xiàn)象：以工頻為主的振動頻率，不時會伴有二倍頻或三倍頻的出現(xiàn)，其中以二倍頻低于三倍頻為主要表現(xiàn)。（5）基礎(chǔ)松動現(xiàn)象與軸承松動現(xiàn)象：如果是基礎(chǔ)松動現(xiàn)象，則在工頻振動方面體現(xiàn)得更加明顯，并且徑向較大，垂直則更加明顯，而軸向的振動則體現(xiàn)得較小甚至趨于正常。如果是軸承松動現(xiàn)象，振動頻率則會體現(xiàn)為工頻或2倍頻。（6）轉(zhuǎn)子組件松動現(xiàn)象：振動頻率為工頻，并可能出現(xiàn)1/2或1/3等分?jǐn)?shù)倍頻以及倍頻等情況。

3 離心泵振動故障檢測及原因

針對離心泵故障類型的具體判斷過程，應(yīng)用工頻頻譜分析法不僅精準(zhǔn)度高，且時效性強。主要是因為不管離心泵出現(xiàn)何種故障，在頻率方面都會有所體現(xiàn)，同時，離心泵故障而引發(fā)的振動大部分都是強迫性振動，而強迫性振動的頻率與輸入工頻都會體現(xiàn)明顯的相等性，這便使得故障類型的判斷具有了理論依據(jù)。

21-P-225泵的振動故障，主要體現(xiàn)為泵端振動超標(biāo)明顯，其中在水平方面體現(xiàn)得尤為突出。實際所測量出的頻譜，電機工頻振幅較大，同時，二倍頻與三倍頻的幅值均超過了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在時域中的沖擊也體現(xiàn)得十分顯著，且水平與垂直方向的振動相位差已經(jīng)達(dá)到180°左右。如果是聯(lián)軸器不對中，則通常會體現(xiàn)出以下三種情況，即平行不對中現(xiàn)象、偏角不對中現(xiàn)象以及平行偏角不對中現(xiàn)象等。如果是平行不對中現(xiàn)象，振動頻率則會是轉(zhuǎn)子頻率的兩倍；如果是偏角不對中現(xiàn)象，連軸器的附加彎矩則會導(dǎo)致兩個軸中心線的偏角減小，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)一周時，彎矩的作用方向就會發(fā)生一次改變，所以是偏角不對中導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的軸向力被增加，并且軸向上的工頻振動與二倍頻振動都會體現(xiàn)得很強烈；如果是平行偏角不對中現(xiàn)象，則會綜合上述兩種情況。所以，21-P-225泵的振動故障類型屬于平行偏角不對中現(xiàn)象。

4 解決措施

4.1 聯(lián)軸器

21-P-225泵的聯(lián)軸器外徑為φ130mm，且中間短軸帶有加長梅花形聯(lián)軸器。而梅花形聯(lián)軸器的凸爪之間裝有梅花形彈性環(huán)，利用其兩者間的擠壓作用進(jìn)行動力傳遞，彈性環(huán)的變形則可以達(dá)到補償周圍相對偏移情況與減震緩沖的目標(biāo)。帶中間短軸的梅花形聯(lián)軸器如圖1所示。

圖1 帶中間短軸的梅花形聯(lián)軸器

4.2 不對中原因

利用打表測量的方式對泵端與電機端的聯(lián)軸器進(jìn)行測量，各項數(shù)據(jù)均低于0.05mm，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的范圍。但是，當(dāng)離心泵重新啟動后，離心泵的振動值缺始終處于明顯超標(biāo)的狀態(tài)，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行。通過開展對中找中心的操作發(fā)現(xiàn)，聯(lián)軸器的短軸3同法蘭連接的凸緣存在尺寸精度不足的現(xiàn)象，同時，在后期使用與維護(hù)過程中導(dǎo)致連接法蘭的凸緣具有明顯的損傷，從而使得聯(lián)軸器的端面與軸中線無法垂直。由于泵端聯(lián)軸器會對短軸聯(lián)軸器的運動產(chǎn)生明顯的束縛作用，使短軸器反作用在泵軸上的不平衡力偶就體現(xiàn)得越大，所以平行偏角不對中現(xiàn)象就會表現(xiàn)得更嚴(yán)重，如圖2所示。在不平衡現(xiàn)象與不對中故障的雙重影響下，使得工頻與二倍頻表現(xiàn)得十分明顯。當(dāng)離心泵開始啟動時，偏心聯(lián)軸器的高速旋轉(zhuǎn)而形成了較大的撓曲變形與附加力矩，而附加力矩使得聯(lián)軸器1與短軸2之間的螺栓出現(xiàn)松動，導(dǎo)致離心泵軸的振動加劇。

圖2 加長型聯(lián)軸器平行偏角不對中示意圖

4.3 解決措施

針對聯(lián)軸器不對中現(xiàn)象的處理，首先需要用雙膜片聯(lián)軸器更換梅花形聯(lián)軸器，雙膜片連軸器的膜片彈性變形能夠?qū)β?lián)結(jié)兩軸的相對位移進(jìn)行有效的補償，同時，針對主機與從動機之間的制作和安裝誤差、承載變形情況，在溫度因素影響下而出現(xiàn)的軸向與徑向偏移情況，以及角度偏移情況等，雙模片連軸器都能進(jìn)行補償。由于慣性主軸與旋轉(zhuǎn)軸線間的偏心情況，導(dǎo)致零件在運轉(zhuǎn)時出現(xiàn)不平衡慣性力，由此引發(fā)傳動軸系的振動故障。而雙膜片聯(lián)軸器兩端的結(jié)構(gòu)為固定性的，在懸臂質(zhì)量方面以及水平方向，垂直方向的附加位移差都相對較小。所以，在更換雙膜片連軸器后，離心振動泵各點的振動值均得到了有效的改善。

5 結(jié)語

綜上所述，要保障離心泵設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，則需要積極開展科學(xué)系統(tǒng)的振動故障診斷與處理。一方面，及時發(fā)現(xiàn)與處理各類故障問題，確保生產(chǎn)計劃的有序進(jìn)行；另一方面，避免小問題引發(fā)大事故，給企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險。所以，技術(shù)人員要重視離心泵振動故障的科學(xué)診斷分析，并根據(jù)診斷結(jié)果制定相應(yīng)的解決措施，由此確保設(shè)備的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，保障企業(yè)生產(chǎn)計劃的順利完成。