多級(jí)離心泵振動(dòng)故障診斷分析及處理研究

孫紅玉?尹佳麗

摘 要 多級(jí)離心泵在操作過程中保持多級(jí)離心泵穩(wěn)定運(yùn)行并且能夠及時(shí)針對(duì)故障進(jìn)行判斷分析是設(shè)備維護(hù)人員應(yīng)該具備的能力。振動(dòng)是多級(jí)離心泵常見的一種故障表現(xiàn)，本文圍繞振動(dòng)故障展開分析，為多級(jí)離心泵的振動(dòng)故障診斷和處理提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞 多級(jí)離心泵;震動(dòng)故障;首級(jí)葉輪;鍍鉻

多級(jí)離心泵作為關(guān)鍵的能量轉(zhuǎn)化裝置和流體輸送裝置，它的使用給人們帶來了便捷，但如果出現(xiàn)設(shè)備故障則會(huì)影響生產(chǎn)，嚴(yán)重的還會(huì)污染環(huán)境或造成人員傷亡。多級(jí)離心機(jī)出現(xiàn)故障的主要信號(hào)為異常振動(dòng)，通過振動(dòng)測(cè)試儀可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障。多級(jí)離心泵的整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果使用的材料不勻、裝配不齊、加工誤差等因素都會(huì)引起振動(dòng)。順利的對(duì)振動(dòng)故障進(jìn)行分析診斷并處理并不容易。下面對(duì)煉油廠球罐裝置P-2/1進(jìn)行研究，分析出故障并解決振動(dòng)超標(biāo)的問題，對(duì)類似的裝置的振動(dòng)故障具有一定參考意義。

1泵體基本情況及參數(shù)

該泵體為煉油廠球罐裝置P-2/1立式筒袋泵，泵內(nèi)為液化氣。該裝置在運(yùn)行過程中出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)并且在泵體的下端出現(xiàn)異響。為查找問題原因，我們對(duì)該泵體進(jìn)行了分解，發(fā)現(xiàn)泵體的外殼口環(huán)和首級(jí)葉輪環(huán)出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，并且有多道為0.5mm至1.5mm深度的溝印，轉(zhuǎn)子上端的平衡鼓出現(xiàn)為1.2mm的磨損間隙，嚴(yán)重超過技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.4mm以內(nèi)。同時(shí)在球罐裝置中的其余多級(jí)離心泵也出現(xiàn)類似情況。泵型號(hào)為TTMC50 （A） -3，轉(zhuǎn)速為2980 r/min，軸承型號(hào)7224BDB，葉輪級(jí)數(shù) 5 級(jí)。

2振動(dòng)故障表現(xiàn)以及初步診斷研究

2.1 振動(dòng)表現(xiàn)

該多級(jí)離心泵的功率為35kW，按照ISO 2372—1974 標(biāo)準(zhǔn)報(bào)警值的振動(dòng)速度為（2.8-4.5）mm/s[1]。現(xiàn)在該多級(jí)離心泵的振動(dòng)速度達(dá)到2.8mm/s和4.1 mm/s，處于報(bào)警值之間，屬于報(bào)警狀態(tài)。并且該泵在一周時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)總值得增幅為239%，通常在短期內(nèi)的振動(dòng)總量值變化超過30%即可說明機(jī)械發(fā)生故障，該機(jī)器發(fā)生嚴(yán)重故障，并且蔓延快、損害大。

2.2 故障性質(zhì)

（1）振動(dòng)導(dǎo)致的故障性質(zhì)。依據(jù)典型的摩擦頻譜來看，泵體的振動(dòng)一般引起摩擦故障。當(dāng)泵體內(nèi)的轉(zhuǎn)子與靜止部件進(jìn)行接觸時(shí)，產(chǎn)生的摩擦?xí)?dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生類似機(jī)械松動(dòng)的頻譜。旋轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的頻率，在局部摩擦和整體摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生一個(gè)或者多個(gè)共振，其中有亞諧波倍頻（0.25×，0.5×，1×，1.5×，2×，2.5×）占多數(shù)，如果轉(zhuǎn)子和靜止體有較大的間隙，那么滑動(dòng)軸承就會(huì)因?yàn)椴黄胶饣蛘卟粚?duì)稱引起巨大的振動(dòng)。

（2） 故障信號(hào)的診斷及分析。經(jīng)過對(duì)泵體頻譜的研究表明，發(fā)現(xiàn)在頻率為0.5×，1×，1.5×，2×，2.5×，3×的地方全部符合典型的摩擦特征故障頻譜圖[2]。寬頻帶出現(xiàn)于1800～2800Hz的高頻處;在 2207.428 Hz，2524.714 Hz，2358.664 Hz，2657.147 Hz 等對(duì)應(yīng)的位置顯示出故障頻率的相應(yīng)的倍速頻率。在對(duì)1V波形圖的研究后發(fā)現(xiàn)波形呈現(xiàn)帶魚狀，可見能量的沖擊比較大，達(dá)到了10.68mm/s2，可以推斷出來該泵體的轉(zhuǎn)子有比較厲害的摩擦故障。我們可以得出，該泵體的振動(dòng)故障是由于泵體內(nèi)部的轉(zhuǎn)子和靜止部分存在摩擦導(dǎo)致的。

3故障原因

由泵體的故障細(xì)節(jié)可以得出，轉(zhuǎn)子和靜止部件出現(xiàn)摩擦的原因和首級(jí)葉輪的材料有較大的關(guān)系。現(xiàn)場(chǎng)的觀察和研究發(fā)現(xiàn)，該泵體上一次的運(yùn)行周期為7天，一直有不能長時(shí)間運(yùn)作的情況，遠(yuǎn)不及該泵體18個(gè)月的維修周期。

經(jīng)過對(duì)泵體的內(nèi)部檢查發(fā)現(xiàn)，葉輪口環(huán)的間歇經(jīng)過磨損產(chǎn)生的縫隙從上到下逐漸加大，間距為0.8～2.5mm，超過該裝置的裝配間隙的標(biāo)準(zhǔn)距離0.5～0.6mm。底端的首級(jí)葉輪和口環(huán)在多級(jí)離心泵中的主要作用是承擔(dān)徑向的沖擊力，這樣產(chǎn)生故障的問題基本定位在首級(jí)葉輪和口環(huán)上。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，口環(huán)制作材料為磷青銅。根據(jù)API 610 標(biāo)準(zhǔn)的C-6的要求，口環(huán)的材料應(yīng)該為低于葉輪50個(gè)硬度。磷青銅材料符合要求，排除口環(huán)的問題，導(dǎo)致多級(jí)離心泵振動(dòng)故障的原因只有首級(jí)葉輪的材料。

經(jīng)過對(duì)離心泵的出廠資料閱讀審查，發(fā)現(xiàn)葉輪口環(huán)的原始設(shè)計(jì)材料應(yīng)該為SS304不銹鋼[3]。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)離心泵的首級(jí)葉輪拆檢發(fā)現(xiàn)制造材料為普通碳鋼，分析研究確定離心泵振動(dòng)的原因?yàn)槭准?jí)葉輪的材料不符合標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致表面的耐磨性無法達(dá)到設(shè)備的使用要求。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)詢問以及廠家回復(fù)，為了降低成本，將葉輪口環(huán)的材料降級(jí)為普通碳鋼，沒有確認(rèn)該泵體所傳輸?shù)慕橘|(zhì)液化氣，導(dǎo)致磨損不達(dá)標(biāo)。廠家建議可以將普通葉輪的表面進(jìn)行鍍鉻處理，進(jìn)而提升耐磨度。通過進(jìn)行磨合實(shí)驗(yàn)，得出SS普通不銹鋼的摩擦因數(shù)約為1.06，鍍鉻層的摩擦因數(shù)約為0.55，鍍鉻層的摩擦因數(shù)明顯小于普通碳鋼材料，耐磨性更好。廠家建議可以采用。

4故障維修總結(jié)

經(jīng)過對(duì)首級(jí)葉輪的磨損面進(jìn)行加工，對(duì)其表面鍍鉻到（0.8-1.6）Ra。鍍鉻后的首級(jí)葉輪相比之前的普通碳鋼葉輪表面整齊光滑，耐磨度更高，可以達(dá)標(biāo)使用。

經(jīng)過整體對(duì)泵體的拆解研究，對(duì)平衡鼓組件、葉輪和葉輪口環(huán)的觀察，得出葉輪和葉輪口環(huán)之前的空隙達(dá)到2.5mm，出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，嚴(yán)重超過使用標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)軸的各個(gè)部位進(jìn)行跳動(dòng)點(diǎn)測(cè)試，得出均符合范圍標(biāo)準(zhǔn)，軸體沒有彎曲變形。因?yàn)槠涫准?jí)葉輪使用材料不達(dá)標(biāo)，對(duì)首級(jí)葉輪進(jìn)行鍍鉻重新裝配后，調(diào)整口環(huán)和葉輪間隙處于標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)過離心泵運(yùn)行一個(gè)月后進(jìn)行觀察和數(shù)據(jù)分析，葉輪的摩擦率正常，且多級(jí)離心泵的振動(dòng)處于合理范圍內(nèi)，證明以上對(duì)多級(jí)離心泵振動(dòng)故障診斷分析及處理是正確的。

5結(jié)束語

多級(jí)離心泵的振動(dòng)故障可能有多種原因，以上是針對(duì)P-2/1 離心泵振動(dòng)的分析和研究，口環(huán)的材料不符標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致抗磨性不同，引起口環(huán)和葉輪的較大間隙是引起泵體振動(dòng)的原因。同時(shí)提醒我們泵體的生產(chǎn)要嚴(yán)格按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，避免引起更大的機(jī)器故障或損失。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

孫紅玉（1984-），女，黑龍江省綏化市人;學(xué)歷：本科，職稱：機(jī)械助理工程師，現(xiàn)就職單位：佳特（沈陽）制泵有限公司，研究方向：多級(jí)離心泵設(shè)計(jì)。