柴油泵振動故障診斷及改造

文/孫克盛

柴油泵振動故障診斷及改造

文/孫克盛

利用頻譜分析技術實現(xiàn)預知性維護——某石化廠柴油泵在試運行時振動大，振動烈度在C區(qū)，不能滿足設備長期安全穩(wěn)定運行的要求，利用頻譜儀測試分析了泵振動超標的原因。通過對葉輪和泵體喉部的改造，泵的振動烈度有了大幅度的下降，改造后泵的振動烈度達到了B級水平，滿足設備安全穩(wěn)定運行的要求。

近年來，越來越多的大型旋轉機械被應用到煉化企業(yè)的生產(chǎn)當中，旋轉機械的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術保障了這些機組設備的正常運轉，因此振動狀態(tài)監(jiān)測技術得到了重視和應用。當機械非正常運轉時，通過對振動信號的分析和處理，能夠確定其產(chǎn)生的原因。在機械設備維修中，采用頻譜分析法對設備故障進行分析和診斷，可有效指導設備檢修，節(jié)約檢修費用，避免非計劃停車，實現(xiàn)計劃檢修，提升設備管理水平。

柴油泵的結構為OH2型。泵出廠時性能參數(shù)如表1所示。

表1 OH2型柴油出廠性能參數(shù)

圖1 泵結構圖

該泵自試運行以來，整機振動較大，若振動降不下來，會嚴重影響整個裝置的順利投產(chǎn)。現(xiàn)場采集到的頻譜數(shù)據(jù)如下：

從采集到的振動數(shù)據(jù)來看，該泵長期運行于C區(qū)，應該采取相應補救措施，以保證裝置的安全平穩(wěn)運行。

根據(jù)中華人民共和國國家標準GB/T 29531-2013《泵的振動測量與評價方法》中規(guī)定，泵按照中心高及泵的轉速分為四大類。將振動烈度等級分為四等，分別為A、B、C、D四個級別, D級為不合格狀態(tài)。該柴油泵為II類設備，B級的振動烈度應該為2.8 mm/ s以下，該泵試運行時，最大振動烈度達到4.89 mm/ s,評定為C級，屬于不良運行狀態(tài)。

原因分析

從以上頻譜圖中可以看出振動峰值在200Hz時的峰值最高。泵轉速為2 950 r/min，200 Hz屬于4倍頻，葉輪的葉片數(shù)為4片，4倍頻是葉輪的葉片通過頻率，跟葉輪的水力匹配度有關系；一倍頻大多是因為轉子不平衡，它與軸和葉輪的動、靜平衡有關系。

圖2 泵改造前非驅端頻譜圖

圖3 泵改造后非驅端的頻譜圖

該泵的葉輪為四葉片，泵體雙渦殼，在運行過程中產(chǎn)生擾動，在葉片與蝸殼喉部位置產(chǎn)生激振，表現(xiàn)出葉片數(shù)的整數(shù)倍頻，當激振頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時，就會產(chǎn)生共振，使得振動值劇增。

泵的軸承體強度不足，軸承懸臂比偏大，當懸臂比偏大時，在泵運行過程中，由于軸的繞性大，對泵振動產(chǎn)生影響。

改造方案

通過改變葉輪水力來降低振動

通過改變葉輪葉片數(shù)及吸入性能減小葉輪與蝸殼的耦合。采用的措施如下：

● 增大進口安放角，減少葉片的彎曲，增大葉片進口過流面積，減少葉片的排擠。

● 減小葉片的包角，為了保證葉輪在切割后仍能保證較大的性能，故在包角優(yōu)先范圍內選擇較小的葉片包角。

● 減小葉片寬度，泵的高效點偏大流量點，在設計新葉輪時將葉片寬度由35 mm降為28 mm，這樣高效點就會往小流量偏移，葉輪運行在高效點時泵的振動最小。

● 將葉片數(shù)由4片改為5片，增大了葉輪的揚程系數(shù)。

從圖3可以看出，泵的振動烈度有了大幅度的下降，振動烈度的測量值只有1.3 mm/s,達到了B級振動水平，能夠長時間安全穩(wěn)定運行，說明改造方法可行。

通過改變懸臂比來降低振動

在不影響安裝空間的條件下增大了軸承跨距，由原來的146 mm增大到170 mm，使懸臂比由原先的1.53減小到1.32，同時增大了軸承箱體的壁厚及連接強度，提高了軸承體的強度、剛度及穩(wěn)定性。

結語

柴油泵工藝系統(tǒng)復雜，連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)要求高，這次利用頻譜分析對存在缺陷進行分析及改進，成功消振，不僅提升了設備可靠運行，還體現(xiàn)了故障診斷技術對轉動設備安全運行的重要性。利用頻譜分析監(jiān)測峰值能量技術，時刻關注其峰值能量的發(fā)展趨勢，可以發(fā)現(xiàn)振動的早期故障征兆，避免突發(fā)事故，及時準確地診斷設備故障，實現(xiàn)預知性維修，優(yōu)化設備運行，保障裝置安全生產(chǎn)。

本文作者供職于合肥華升泵閥股份有限公司。