檢測技術(shù)在大型離心泵機組故障診斷中的應(yīng)用

江立凱，吳曉青，李有森

（深圳市水務(wù)（集團）有限公司閥門檢測及維修分公司，廣東深圳 518000）

0 引言

大型離心泵機組常見的故障有轉(zhuǎn)軸不平衡、轉(zhuǎn)軸彎曲、不對中、軸承故障、零部件松動、基礎(chǔ)松動等多種類型[1]，依靠人員巡檢或設(shè)備本體報警的故障發(fā)現(xiàn)方式不可避免的存在一定滯后性和突發(fā)性，且對機組故障類型、部位及故障程度難以量化估計，可能導(dǎo)致維修不及時或過度維修的情況發(fā)生[2]。為進一步提高設(shè)備的維護管理水平，根據(jù)大型離心泵機組的結(jié)構(gòu)特點和故障類型，采用振動檢測儀、激光對中儀和紅外熱成像儀三種精密檢測儀器對離心泵機組進行多指標狀態(tài)評估和故障診斷，為其維修管理決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)，使得大型離心泵機組的故障檢修從經(jīng)驗判斷轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)量化分析。以下將舉例說明幾種檢測技術(shù)在大型離心泵機組故障診斷中的應(yīng)用情況。

1 應(yīng)用舉例

1.1 振動、對中、紅外熱成像聯(lián)合檢測

某送水泵機組水泵型號KPS35-300，水泵兩端軸承型號為6213，配套電機額定轉(zhuǎn)速1480 r/min，功率200 kW，電機兩端軸承型號為6319（圖1）。對其進行振動檢測，共設(shè)置8 個測點，測點布置及振動數(shù)據(jù)見表1。

由表1 可知，該機組電機端垂直位振動較大，達3.9 mm/s，超過了設(shè)定的報警值（2.8 mm/s），接近停機值（4.5 mm/s）。進行波形頻譜圖分析，可見其振動頻譜中出現(xiàn)明顯的高頻成分，主要峰值頻率分別為122.5 Hz、392.5 Hz、466.2Hz、491.2 Hz、516.2 Hz 等（圖2），高頻峰值兩邊帶有邊頻，且時域波形圖具有較為明顯的調(diào)制現(xiàn)象（圖3），符合軸承故障特征。此外，工頻（24.7 Hz）峰值也較為凸顯，符合轉(zhuǎn)軸不平衡、對中角度偏差等故障特征。

表1 振動、對中、紅外熱成像聯(lián)合檢測時測點布置與振動測量值

圖1 機組結(jié)構(gòu)

圖2 頻譜圖

圖3 波形圖

為進一步診斷故障原因，進行紅外熱成像檢測（圖4），發(fā)現(xiàn)驅(qū)動端軸承位大范圍溫度較高，最高達65.6 ℃，溫升43.6 ℃（環(huán)境溫度22 ℃），溫升較高說明軸承運行狀態(tài)不佳，其軸承零件可能存在一定磨損。其次，對電機輸出軸與水泵轉(zhuǎn)軸的對中情況進行檢測（表2），可見其水平和垂直方向角度偏差均超過參考值，其中垂直方向角度偏差達0.24 mm（或0.24 mm/100），對中角度偏差過大。綜上分析，推測該機組電機驅(qū)動端軸承可能存在故障成分，建議更換軸承；電機輸出軸與水泵轉(zhuǎn)軸對中偏差較大，建議進行對中校準。

圖4 紅外熱成像檢測

根據(jù)振動、對中、紅外熱成像聯(lián)合診斷得出的檢修意見，對該機組進行針對性的拆機檢修，發(fā)現(xiàn)電機驅(qū)動端軸承內(nèi)環(huán)存在磨損，對其進行更換；并對機組軸系進行對中校準，檢修后機組的振動值降到報警值之內(nèi)（表1），運行噪聲明顯降低，機組恢復(fù)正常運行狀態(tài)。

表2 激光對中檢測結(jié)果

1.2 振動、對中聯(lián)合檢測

某送水泵機組水泵揚程44 m，流量5004 m3/h，水泵兩端軸承型號為6326，配套電機為定速電機，額定轉(zhuǎn)速1490 r/min，功率560 kW，電機兩端軸承型號為NU228EC3（圖5）。該機組頻繁出現(xiàn)運行溫度過高、噪聲大等問題，且軸承損壞較快，經(jīng)多次拆機維修仍無法徹底根治。對該機組進行振動檢測，共設(shè)11 個測點，測點布置及振動數(shù)據(jù)見表3。

由表3 可知，該機組水泵端的振動值較大，其中水泵驅(qū)動端垂直位振動達5.5 mm/s，超過了停機值（4.5 mm/s），認為該振動烈度可能會損壞機組。進行振動分析，水泵端振動波形圖近似正弦波（圖6），而振動頻譜以工頻（24.8 Hz）為主（圖7），其他倍頻成分所占比例較少，且該振動特征在徑向和軸向均有體現(xiàn)，符合轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)軸彎曲或?qū)χ薪嵌绕畹裙收咸卣鳌檫M一步排查故障原因，進行激光對中檢測，檢測結(jié)果見表4。

圖5 機組結(jié)構(gòu)

表3 振動、對中聯(lián)合檢測時測點布置與振動測量值

可見該機組對中狀態(tài)較為良好，故可排除對中偏差故障。綜上分析，振動超標的原因可能為轉(zhuǎn)子不平衡或轉(zhuǎn)軸彎曲引起，可能存在水泵葉輪磨損缺失、汽蝕、結(jié)垢不均，或轉(zhuǎn)軸受力變形等故障成分，因此，建議對泵體轉(zhuǎn)動部件進行動平衡檢驗。

根據(jù)振動及對中分析得出的檢修意見，對該機組進行針對性的拆機檢修，發(fā)現(xiàn)葉輪存在較為嚴重的氣蝕現(xiàn)象，葉輪表面有明顯的凹孔（圖8），進行動平衡檢驗（圖9），結(jié)果顯示葉輪最大不平衡面偏差達431 g，葉輪不平衡超標，與振動分析結(jié)論一致。因此，對葉輪進行動平衡修補，維修后機組的振動值明顯降低（表3），且振動頻譜無明顯故障特征成分。

圖6 波形圖

圖7 頻譜圖

表4 機組激光對中檢測結(jié)果

圖8 氣蝕現(xiàn)象（局部）

圖9 動平衡檢測

2 結(jié)論

振動、激光對中及紅外熱成像2 種檢測技術(shù)各有其適用范圍和敏感區(qū)域，實踐證明，聯(lián)合采用這2 種檢測技術(shù)，可對大型離心泵機組常見故障問題進行綜合診斷，且2 種檢測結(jié)果相互驗證，使得診斷結(jié)論更加精準可靠，為離心泵機組的維修決策提供有效參考，從而有效提高維修效率、節(jié)約維修成本。