工業水泵軸承頻繁損壞解決方案及實施

趙建新

（沙角C電廠，廣東東莞 523936）

1 概述

南方某燃煤發電廠新安裝的工業系統采用三臺水泵并聯布置，用戶為消防水源備用、地面沖洗、鍋爐水封補水、沖渣等之用。設計工作點的流量258 m3/h，揚程130 m，匹配電機160 kW，轉速度2 980 r/min，泵效率為78%，運行方式為一用二備。近年來由于不斷進行環保改造，系統設備增加，用水量持續增大，特別是生產現場衛生清潔用水時段峰值疊加，改變原來設計的最大用水量，系統的用水量變化導致泵工作點嚴重偏移，造成泵軸功率過載損壞軸承。通過測量、軸功率計算、頻譜采集等量化分析了該泵頻繁損壞根本原因，重新根據系統的運行規律和要求，優化運行方式進行徹底解決[1]。

2 故障現象描述

三臺工業水泵布置于地下泵房負3米標高，入口水池長期保持5米液位，2017年底3臺泵新安裝相繼投入運行。A工業水泵11月28日出現故障，發現非驅動端軸承超溫損壞，12月10日，運行中的B工業水泵又出現故障，運行值班人員發現軸承冒煙，伴隨有異常響聲音，停泵進行檢查，發現非驅動端軸承與A泵損壞情況相同，均是非驅動端軸承超溫損壞，如圖1所示。點檢人員對現場唯一臺能正常運行的C工業水泵進行軸承溫度測量，發現有超溫情況。查詢了設備管理管理臺帳記錄的潤滑油品、聯軸器對中等數據均未發現導致軸承損壞的因素。

為準確找到工業水泵軸承損壞的原因，12月16日對現場僅有一臺運行中的C泵采集了振動頻譜[2]，通過對采集的頻譜分析發現，雖然整體的振動尚處于許可范圍，最大的振動為1.8 mm/s，頻率為99.3 Hz，但同時伴隨有故障初期的高倍頻振動信號[3]，149 Hz、198.6 Hz、248.3 Hz、298 Hz等均有明顯的峰值。如圖2所示。

圖1 非驅端泵軸損壞

圖2 C泵非驅端泵頻譜

3 故障根源分析

根據軸承及泵軸損壞的情況看，排除了軸承質量、運行維護等方面的因素，泵廠家反饋該泵其他用戶使用情況良好，未出現過連續損壞的現象。從運行中的C泵采集的頻譜中顯示有故障初期特征信號[5]，考慮從系統的匹配方面著手分析。

根據系統用水量的情況，抽樣測量了有代表性的時間段內單泵運行時全天的用水流量，分布情況如圖3所示。

圖3 系統全天用水趨勢

根據用水流量曲線發現，有兩個時間段流量超過泵的額定值，存在過載荷的情況。測量的最大流量368 m3/h，出口壓力表顯值為8 bar，該流量點對應的效率60%。

軸功率計算如下：

η泵——60%，為泵廠家提供對應非設計工況流量效率。

（1）原設計工作點軸功率

根據計算可知，實際運行中存在軸功率超過設計值的情況。泵軸傳遞的軸功率頻繁交變增大，特別是快速大流量變化，軸承受的軸向推力及振動隨之增加，從采集的頻譜可以得到驗證。該工業水泵的損壞為系統用水量偏大，導致泵軸過載損壞。

4 解決方案及實施效果

綜合考慮系統穩定需要，提出解決方案是將一用二備運行方式改為二用一備方式，在不改變任何系統設備的情況下限制單泵的最大出力在額定出力以內，確保泵的運行工作點處于最佳效率區[6]，同時提高了系統用水的可靠性。

圖4 優化運行后非驅端泵頻譜

經解體泵軸并更換軸承后重新安裝到系統中投入運行，新的優化后的運行方式設計任一臺泵跳閘或停運時，及時開啟備用泵。

如圖4所示，經一個多月的運行驗證和振動頻譜采集分析，振動的1X頻，2X頻峰值等均有了較大的減少[7]，泵運行平穩，系統壓力穩定，確保了全廠各用戶的供水可靠性，優化后運行一直良好，未再出現軸承燒壞故障[8]。該泵軸承頻繁損壞的解決可為其他同類故障原因分析和處理提供一定的借鑒。