出水閥維修引起大型立式機(jī)組振動(dòng)的故障分析

朱麗紅

（廈門水務(wù)集團(tuán)有限公司，福建廈門 361007）

0 引言

江東原水泵站有6 臺(tái)立式單級(jí)雙吸離心泵機(jī)組，采用雙基礎(chǔ)安裝，電機(jī)層布置6 臺(tái)立式電機(jī)，水泵層相應(yīng)配置6 臺(tái)立式水泵。機(jī)組額定功率1600 kW，轉(zhuǎn)速980 r/min，流量1.38 m3/s，揚(yáng)程86 m，采用變頻運(yùn)行模式。電機(jī)底座與水泵底座之間垂直高度為4165 mm，中間傳動(dòng)軸是一根長(zhǎng)為3874 mm、直徑為270 mm 的中空軸。水泵的進(jìn)水管和出水管的口徑均為DN1000。水泵進(jìn)水管路上依次安裝電動(dòng)閘閥、傳力伸縮節(jié)；水泵出水管路上依次安裝傳力伸縮節(jié)、重錘式液控蝶閥、流量計(jì)、傳力伸縮節(jié)和電動(dòng)閘閥。整個(gè)機(jī)組、樓板與進(jìn)出水管路的布置如圖1 所示。

圖1 機(jī)組、樓板與進(jìn)出水管路系統(tǒng)

立式機(jī)組由三大部分組成：電機(jī)、傳動(dòng)軸、水泵。三者之間為聯(lián)軸器連接，機(jī)組電機(jī)與傳動(dòng)軸為剛性連接，傳動(dòng)軸與水泵連接為彈性連接；立式離心泵機(jī)組結(jié)構(gòu)和安裝示意如圖2 所示。

圖2 立式離心泵機(jī)組安裝示意

1 故障情況

原水泵站運(yùn)行人員在日常運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)機(jī)組在開停機(jī)時(shí)出現(xiàn)水泵反轉(zhuǎn)，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)是由于機(jī)組的出水液控蝶閥開關(guān)閥時(shí)閥板跑位，導(dǎo)致液控蝶閥無法完全關(guān)閉，站內(nèi)立即對(duì)液控蝶閥進(jìn)行維修，復(fù)位后，液控蝶閥工作正常。試機(jī)時(shí)水泵起初運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，但約2 h 后，機(jī)組出現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行聲音異常、振動(dòng)大，立即停機(jī)。

2 故障檢測(cè)

2.1 振動(dòng)數(shù)據(jù)檢測(cè)

專業(yè)技術(shù)員對(duì)機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，并且與閥門檢修前的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，液控蝶閥檢修前后的電機(jī)上軸承端振動(dòng)數(shù)據(jù)比較見表1，發(fā)現(xiàn)機(jī)組振幅、振速上升，特別是電機(jī)上軸承端較為明顯，振動(dòng)較大，有明顯異常聲響，不像是軸承發(fā)出。在對(duì)機(jī)組進(jìn)行更換軸承潤(rùn)滑油后，剛開機(jī)電機(jī)上軸承的振速為2～3 mm/s，運(yùn)行1 h 后電機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)又上升。同時(shí)水泵上軸承振動(dòng)數(shù)據(jù)也隨之上升，水平進(jìn)出水方向的振速?gòu)?.68 mm/s 上升到1.18 mm/s，垂直于進(jìn)出水方向的振速?gòu)?.71 mm/s 上升到2.29 mm/s，軸向振速?gòu)?.49 mm/s 上升到0.91 mm/s。

表1 液控蝶閥檢修前后的電機(jī)上軸承端振動(dòng)數(shù)據(jù)

2.2 故障原因分析

大型立式離心泵機(jī)組振動(dòng)的原因通常主要有3 個(gè)方面：①機(jī)械原因引起的振動(dòng)，如不平衡、連接不良、接觸不良、內(nèi)部摩擦、軸承因素及基礎(chǔ)因素等；②液體原因引起的振動(dòng)，如液體脈動(dòng)、汽蝕、葉片數(shù)、葉片形狀不同等；③電氣原因引起的振動(dòng)，如負(fù)荷不平衡、磁通量不平衡、電源高次諧波、倍頻振動(dòng)、轉(zhuǎn)差率等。針對(duì)江東泵站離心泵的實(shí)際情況，進(jìn)行電機(jī)空載運(yùn)行測(cè)試，聲音和振動(dòng)均正常，電機(jī)空載振動(dòng)數(shù)據(jù)見表2，說明電機(jī)不是故障點(diǎn)，因此基本可以排除電氣原因引起的振動(dòng)；該型號(hào)機(jī)組有2 臺(tái)，且為同一批產(chǎn)品，進(jìn)出水流道相同，水流狀態(tài)相同，但另一臺(tái)機(jī)組振動(dòng)良好，因此液體引起的振動(dòng)也可以排除，所以此次引起機(jī)組振動(dòng)的原因基本上可以確定為機(jī)械原因。

表2 電機(jī)空載振動(dòng)數(shù)據(jù)

從頻譜分析，機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速約730 r/min，基頻12.1 Hz，頻譜圖中徑向主要振動(dòng)成分為25 Hz，為二倍頻，幅值達(dá)8.24 mm/s，初步判斷機(jī)組軸系不對(duì)中或傳動(dòng)軸彎曲變形，基于機(jī)組傳動(dòng)軸中空結(jié)構(gòu)形式，其剛度較大，不易變形，排除軸彎曲的可能。

2.3 故障查找

維修人員在拆卸水泵聯(lián)軸器后，發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)軸下法蘭盤與水泵聯(lián)軸器內(nèi)置八角襯套產(chǎn)生摩擦，縫隙幾乎為0，這與圖紙要求的距離間隙值5.5±0.5 mm 相差較大，傳動(dòng)軸與水泵聯(lián)軸器的距離間隙要求如圖3 所示。這就是引起機(jī)組振動(dòng)偏大的主要原因，傳動(dòng)軸與水泵聯(lián)軸器端面之間的間隙為0，且接觸面不均勻，有的甚至出現(xiàn)負(fù)間隙產(chǎn)生軸向振動(dòng)，最終致使電機(jī)轉(zhuǎn)子往上頂，造成徑向不平衡。

圖3 傳動(dòng)軸與水泵聯(lián)軸器的間距

3 故障處理

3.1 維修過程

經(jīng)討論分析，初步擬定解決方案。首先校正機(jī)組，檢查電機(jī)、傳動(dòng)軸和水泵的聯(lián)結(jié)部分，再把水泵復(fù)位，逐步調(diào)整機(jī)組同軸度，監(jiān)測(cè)機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)降至1～2 mm/s。

（1）水泵偏移復(fù)位。首先松脫伸縮器外圈讓水泵自由復(fù)位，若無太大的位移量，再擰緊鄰邊螺絲推動(dòng)水泵，邊操作邊在水泵出水口固定千分表測(cè)量。經(jīng)過以上調(diào)整，水泵左右兩邊分別向進(jìn)水口移動(dòng)0.08 mm 和0.15 mm，整臺(tái)水泵有扭轉(zhuǎn)趨勢(shì)，水泵在無約束力狀態(tài)下基本復(fù)位，斷定水泵機(jī)座出現(xiàn)彈性變形或剛性變形。

（2）校正軸系。拆卸配重盤，直接連接電機(jī)軸與傳動(dòng)軸，進(jìn)行電機(jī)傳動(dòng)軸與水泵軸系的校正。首先現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，傳動(dòng)軸長(zhǎng)度3873 mm，配重盤厚度36.50 mm，與圖紙所示尺寸相同，傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)尺寸具體如圖4 所示?，F(xiàn)場(chǎng)電機(jī)軸下端與水泵軸上端的間距δ=3873+36.50=3909.50 mm，而圖紙要求的安裝尺寸為3915 mm，證實(shí)5.5 mm 的間隙已不存在。

圖4 傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)尺寸

檢測(cè)水泵軸與傳動(dòng)軸在水平方向、垂直方向和開口偏差，都有存在不同程度的偏移，機(jī)組校正前后的同軸度見表3，表3 中的校正前數(shù)據(jù)，均超出安裝標(biāo)準(zhǔn)。

表3 機(jī)組校正前后的同軸度

（3）加工配重盤。對(duì)配重盤進(jìn)行微量切削，以騰出傳動(dòng)軸與水泵軸的間隙，并通過調(diào)整傳力伸縮節(jié)的傳力螺栓，水平移動(dòng)水泵和電機(jī)，逐步調(diào)整機(jī)組同軸度，重新打表測(cè)量。根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)要求，徑向允許偏差0.61 mm，軸向允許偏差0.51 mm，校正后機(jī)組同軸度均已符合要求，機(jī)組校正前后的同軸度見表3。

（4）帶負(fù)載試機(jī)。試機(jī)前檢查電機(jī)軸與聯(lián)軸器端面是平齊的；傳動(dòng)軸與水泵軸間隙為0.50～0.70 mm；水泵聯(lián)軸器內(nèi)八角襯套下端面與下端蓋間的距離為4 mm；機(jī)組帶負(fù)載試機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)見表4，根據(jù)振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)ISO 2372—1974 可以判定，機(jī)組運(yùn)行處于優(yōu)秀區(qū)。

表4 機(jī)組帶負(fù)載振動(dòng)數(shù)據(jù)

3.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)

維修后，立式機(jī)組無論在低速、中速或高速，機(jī)組運(yùn)行整體情況，包括振動(dòng)、溫升以及軸承狀態(tài)都良好，且整體運(yùn)行趨勢(shì)較為平穩(wěn)，以此判斷水泵機(jī)座變形量沒有變大趨勢(shì)，根據(jù)日常觀察，傳動(dòng)軸與水泵軸間隙也無變小，沒有再次產(chǎn)生摩擦、引起軸向振動(dòng)?？梢耘卸C(jī)組之前出現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行聲音異常、振動(dòng)大的故障，主要原因是維修液控蝶閥時(shí)，液控蝶閥和伸縮節(jié)間的連接沒有完全脫離，出水管道上伸縮節(jié)螺栓在緊固過程中力度過大，導(dǎo)致進(jìn)出口管路與泵連接時(shí)產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力，引起水泵機(jī)座偏移，且在恢復(fù)安裝中沒考慮水泵復(fù)位問題，引起水泵跑位而發(fā)生機(jī)座彈性變形，造成傳動(dòng)軸與水泵的間隙縮小甚至變無。因此，今后在對(duì)大型立式機(jī)組進(jìn)出水管路的設(shè)備進(jìn)行維修維護(hù)時(shí)，提出如下建議：

（1）維修設(shè)備或管配件需與水泵脫離連接。

（2）維修安裝中需注意水泵的移位情況，并根據(jù)傳動(dòng)軸與水泵之間的間隙進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

4 結(jié)束語

大型雙基礎(chǔ)的立式離心泵機(jī)組有區(qū)別于立式離心泵機(jī)組，增加了雙層基礎(chǔ)、中間傳動(dòng)軸等結(jié)構(gòu)，因此振動(dòng)原因也較復(fù)雜。在發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)異常時(shí)要先了解故障發(fā)生前后的設(shè)備狀態(tài)及周邊情況，然后按照檢測(cè)流程逐一排查，其中要多次和設(shè)備廠家咨詢探討，查閱設(shè)備資料，直到找出問題癥結(jié)所在。對(duì)于一些特殊故障，用常規(guī)方法不能解決時(shí)，要大膽分析判斷可能產(chǎn)生故障的其他原因，這樣能快速解決問題，減少損失。