離心泵轉子的故障診斷與修復*

林水泉,張清華,孫國璽,胡勤,覃愛淞

(廣東石油化工學院 廣東省石化裝備故障診斷重點實驗室，廣東 茂名 525000)

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離心泵轉子的故障診斷與修復*

林水泉,張清華,孫國璽,胡勤,覃愛淞

(廣東石油化工學院 廣東省石化裝備故障診斷重點實驗室，廣東 茂名 525000)

通過對某實驗室離心泵轉子的診斷，檢測出其存在故障問題，針對該轉子的故障現象進行分析并制定了修復工藝方案。最終，不但消除了故障，而且修復結果完全符合工業安全生產的標準。

轉子;動平衡;故障診斷；修復

0　引言

眾所周知，旋轉機械在制造、安裝及環境條件下會引起振動[1]。因此，隨著長時間的運轉，離心泵的轉子會產生故障，影響工作效率，造成重大損失，嚴重的甚至可能發生安全事故。據統計，旋轉機械的轉子不平衡有70%是振動故障造成的[2]。因此，定期對其進行診斷與修復很重要也很有必要。本文以某實驗室一臺離心泵轉子故障的診斷和修復為實例，來探索、診斷和修復離心泵轉子的一些實用方法。

1　故障

1.1離心泵參數

離心泵型號為ISW100-125A，質量流量為89 m3/h,揚程為16 m，效率74%，轉速2 950 r/min，電機功率7.5 kW，額度電壓380 V，汽蝕余量4.5(NPSH)r，質量118 kg。

1.2離心泵故障現象

離心泵工作地點：某實驗室一樓；工作溫度：常溫；主要用途：輸送水。當電機啟動時，離心泵正常運行且發出斷續的響聲，此時用檢測儀器測到噪音值達65分貝。

2　故障診斷

2.1在線檢測診斷

本次實驗在線檢測診斷，采用SmartBalancer申克便攜式平衡儀操作(見圖1)。在線動平衡系統主要機構為平衡裝置，因為平衡裝置決定了平衡的效果、應用可實現性和適用范圍等[3]。首先將左右兩個振動傳感器分別接在兩個軸承座上；把轉子轉動軸貼上反射標簽，然后將中間的光傳感器正對著標簽；接著啟動平衡儀，以左右兩端平衡盤作為平衡面，設置好參數；然后，啟動該四級離心泵進行測試操作。最后，在線檢測平衡儀測得其振幅分別為：1.021、0.848 mm/s，查表可知其存在不平衡量。

2.2人工觀察診斷

將電機停下來，把離心泵的轉子拆下來(如圖2所示)，該轉子為剛性轉子，工作轉速為2 950 r/min，長度為1 000 mm，質量為27 kg，中間則有四個葉輪，左二為自帶的軸向平衡盤，左右兩端分別有一個半徑為60 mm、平均分布著螺絲孔的平衡盤。經過對轉子的觀察和檢查，并沒有發現轉子的葉輪、平衡盤、鍵等零件有松動的情況，但是有些葉輪有明顯的磨損，可能是在長期抽水過程中，河流泥沙沖擊對其造成的影響。

圖1　SmartBalancer申克便攜式平衡儀　　　圖2　四級葉輪轉子

2.3離線診斷檢測

離線診斷檢測采用申克(SCHENCK)動平衡機(見圖3)對轉子進行離線動平衡(或稱為工藝動平衡)，就是在現場之外對轉子進行檢測并完成動平衡操作。其工作原理為：將轉子安裝在平衡機上，把傳感器對準貼在轉子上的反射標簽，并將產生的信號反饋到平衡機上，通過信號的轉換，把轉子的不平衡量值與角度顯示在平衡機上。

具體診斷檢測過程為：

(1)確定轉子的軸承位置，并用卷尺量好長度，調好平衡機的位置；

(2)將轉子放置平衡機上，用平衡儀將轉子調平衡；

(3)用游標卡尺量好轉子皮帶輪處的直徑大小，并將平衡機調為與其相等；

(4)將加壓泵加壓到0.4 MPa，并使平衡機的皮帶壓緊轉子；

(5)以轉子左右兩端的平衡盤為平衡面，將平衡機的參數設置好；

(6)啟動平衡機，測出其初始不平衡量。

圖3　申克動平衡機　　　　圖4　平衡機初次顯示

此時在離線平衡機上，測得轉子的不平衡量分別為13.6 g，9.93 g(見圖4)。因為轉子的質量為27 kg，平衡盤的半徑為60 mm，最高轉速為2 950 r/min。此外，對于轉速為3 000 r/min 的離心泵轉子，一般可選擇G 2.5級[4]進行，則平衡精度等級按G 2.5查表可得對應的值為8 g·mm/kg。所以，轉子不平衡量的標準合格范圍應小于：27×8/60=3.6 g。 由圖4可得，初始不平衡量結果13.6+9.93=23.53>3.6 g，則轉子存在很大的不平衡量，造成離心泵的故障，影響工作效率，不符合安全生產的要求。

3　修復

3.1修復原理

基于轉子在平衡機上轉動產生的振動信號，利用光傳感器將產生的信號傳送到測量裝置，通過信號的轉換，得出該轉子在校正面產生的不平衡量[5]。并且，可以得到不平衡量的大小和對應的角度。最后，通過對轉子進行動平衡技術操作，讓其達到合格的標準范圍。

3.2修復方式

根據對轉子的校正面進行動平衡時，得到的不平衡量值有正負之分，因此轉子動平衡的校正方法可分為去重法和加重法[6]。但是，由于該轉子的葉輪比較薄、小，且不平衡量相對比較大，如果采用去重的方式，可能會造成葉輪越來越薄，不利于長期發展。此外，其轉子左右兩端都有平衡盤，另外重做一個轉子成本遠比采用加重校正的高，因此校正方式采用加重法。

3.3校正過程

通過對離心泵轉子進行多次配重，校正過程所得的數據如表1所示，得到平衡機上的轉子最終配重效果圖如圖5所示。

表1　多次校正數據表

3.4修復結果分析

轉子質量為27 kg，平衡盤半徑為60 mm，最高轉速為2 950 r/min。此外，對于轉速為3 000 r/min 的離心泵轉子，一般可選擇G 2.5級進行，則平衡精度等級按G 2.5查表可得對應的值為8 g·mm/kg。所以，校正其不平衡量的標準合格范圍應小于：27×8/60=3.6 g。由圖6可得，最終不平衡量結果0.815+0.793=1.608 g<3.6 g，則不平衡量達到標準的要求，且左右兩平衡面的角度變化范圍正常，所以轉子校正成功。

圖5　平衡機最終效果　　　　圖6　修復后數據顯示

4　檢驗結果

圖7修復后的振幅與角度

將修復后的轉子安裝在離心泵上，啟動電機，正常運行后用檢測儀器測到噪音值降至40分貝。接著，用SmartBalancer申克便攜式平衡儀測其振幅。此時，所檢測出A、B平衡面的振幅值由初始的1.021 mm/s，0.848 mm/s分別降至0.086，0.069 mm/s(見圖7)，說明振動明顯降低了。根據GB 10889—89，查詢選用泵的振動值與評價方法，以及該轉子對應的中心高度小于225 mm，轉子對應的泵轉速為2 950 r/min，則結合泵的中心高度、轉速及分類表可知為第二類；又因為最終振幅值為0.086 mm/s、0.069 mm/s，結合泵的振動值可知為第二類中的A級別，也就是為最高級別，精確度最高的級別。因此，這次離心泵轉子修復取得了成功，不平衡量也達到了標準的范圍。

5　結語

通過對離心泵轉子的診斷與修復，讓其不平衡量達到了標準的要求，消除了故障，提高了工作效率，為類似的回轉體診斷與修復提供了借鑒。

[1] 劉曦澤,段滋華，李多民.轉子動平衡技術的研究現狀和進展[J].廣東石油化工學院學報，2012，22(3)：69-80.

[2] 張祿林.無試重的現場動平衡技術研究[D].太原：太原理工大學,2013.

[3] 張仕海,伍良生,周大帥.機床主軸在線動平衡裝置現狀分析研究[J].現代制造工程,2009(12):146-149.

[4] 周仁睦.轉子動平衡——原理、方法和標準[M].北京：化學工業出版社,1992.

[5] 余先濤.軟支撐剛性轉子動平衡測試系統設計[M].北京：機械與電子出版社,2000.

[6] 鄭威.電動機轉子動平衡技術探究[J].機電技術,2013(4):82-92.

(責任編輯：柳豐)

Fault Diagnosis and Repair of Centrifugal Pump Rotor

LIN Shuiquan, ZHANG Qinghua, SUN Guoxi, HU Qin, QIN Aisong

( Guangdong Provincial Key Laboratory of Petrochemical Equipment Fault Diagnosis, Guangdong Universtity of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China )

The centrifugal pump rotor is diagnosed in a laboratory, and the problem of the fault is detected. Then the fault phenomenon of the rotor is analyzed, and the repair process is established. Finally, not only the failure is removed, but the restoration is also fully meet the standards of industrial safety.

Rotor; Dynamic balance; Fault diagnosis; Repair

2016-03-15；

2016-05-16

國家自然科學基金項目(61473094)；廣東省戰略性新興產業核心技術攻關項目(2012A090100019)；廣東省普通高校特色創新項目(201431041)

林水泉(1988—)，男，廣東茂名人，在讀工程碩士，助理實驗師，主要從事轉子動平衡、旋轉機械故障監測與診斷等方面研究。

TH17

A

2095-2562(2016)04-0047-04