電機故障引起泵振動超標問題的解決

成功 張曉紅

(1.中國石油廣東石化公司，廣東 惠來 515200；2.中石油工程建設有限公司西南分公司，廣東 惠來 515200)

0 引言

某煉化公司220萬噸/年重整裝置高壓鍋爐給水泵由大連深藍泵業有限公司制造，型號：SCSK180-100X5，額定轉速：2950r/min，軸承型號：徑向滑動軸承S1210-92-75，止推軸承：7312BECB；額定流量：105/140m3/h，揚程578/530m；泵的配套電機是南陽防爆集團股份有限公司生產制造，型號：YB2-4002-2W，功率355KW，額定轉速：2980r/min，軸承型號：驅動端6220/C3，非驅動端NU216ECM/C3。該泵主要用于給重整裝置余熱鍋爐提供高壓鍋爐水，若該泵一旦出現停運，將導致整個芳烴聯合裝置停工。電機和泵結構如圖1所示。

圖1 電機和泵結構簡圖

1 故障情況

自2013年開工以來，該泵水平方向振動一直較高在3.0～6.0mm/s(正常運行標準值≤4.5mm/s)之間波動，垂直振動均正常。這期間對泵的軸瓦磨損情況、止推軸承磨損情況、軸瓦間隙、口環間隙、轉子整體動平衡、管線應力等都做過詳細、多次檢查均合格，但未能解決振動超標問題。在2015年4月份，檢查電機軸承游隙時發現驅動端游隙達到1.5mm(標準：)，電機單試水平振動值為4.9mm/s超標(單試標準值≤2.8mm/s)；經電氣、機械各專業聯合診斷確定須更換電機前后端軸承，更換軸承后電機單試自由狀態(電機底螺栓松開狀態)各方向振動值均小于2.8mm/s，緊固底腳螺栓后電機水平方向振動最大值為3.3mm/s，泵帶負荷試運水平方向振動值在3.5～4.5mm/s,基本滿足機泵運行要求。從這次檢修電機后一直運行這臺泵，期間泵水平方向振動值一直處于3.5～6.1mm/s之間。直到2015年9月中旬，泵水平方向振動值開始上漲，到9月底振動值達到6.8mm/s(標準值為4.5mm/s)，但電機水平方向振動上漲緩慢且未超標，而泵水平方向振動為持續上漲趨勢。在本次故障中我們采用手持式測溫測振以檢測泵與電機運行振動，部分檢測數據見表1和表2。

同時在泵水平振動逐漸上漲期間泵的負荷基本穩定無波動，電機電流也穩定在29.6～30A之間，電機水平振動也小幅上漲但基本穩定在3.6～3.9mm/s。

2 故障原因分析

鑒于上述故障情況由狀態監測專業人員使用博華BH550離線狀態監測儀雙通道采集數據進行故障原因分析、診斷。

2.1 電機振動數據采集

如圖2，電機非驅動端水平方向和垂直方向振動波形頻譜圖，圖中水平方向振動位移值48μm，垂直方向振動位移值3μm，頻譜中工頻占主要成分。如圖3，電機驅動端水平方向和垂直方向振動波形頻譜圖，圖中水平方向振動位移值41μm，垂直方向振動位移值4μm，頻譜中工頻占主要成分。

表1 泵運行振動檢測數據

表2 電機運行檢測數據

圖2 電機非驅動端振動波形頻譜圖

圖3 電機驅動端振動波形頻譜圖

如圖4，電機兩端水平方向振動波形頻譜圖，圖中非驅動端振動51μm，驅動端振動40μm，振動相位差0°左右，頻譜中工頻占主要成分。如圖5，電機兩端垂直方向振動波形頻譜圖，圖中非驅動端振動3μm，驅動端振動5μm，振動相位差90°左右，頻譜中工頻占主要成分，并伴有多次諧波。

圖4 電機兩端水平方向振動波形頻譜圖

圖5 電機兩端垂直方向振動頻譜圖

2.2 泵振動數據采集

如圖6，為泵驅動端水平方向和垂直方向振動波形頻譜圖，圖中水平方向振動位移值51μm，垂直方向振動位移值2μm，頻譜中工頻占主要成分。如圖7，為泵非驅動端水平方向和垂直方向振動波形頻譜圖，圖中水平方向振動位移值32μm，垂直方向振動位移值3μm，頻譜中工頻占主要成分。

圖6 泵驅動端振動波形頻譜圖

圖7 泵非驅動端振動波形頻譜圖

如圖8，為泵兩端水平方向振動波形頻譜圖，圖中泵驅動端振動53μm，泵非驅動端振動33μm，振動相位差0°左右，頻譜中工頻占主要成分。如圖9，為泵兩端垂直方向振動波形頻譜圖，圖中泵驅動端振動2μm，泵非驅動端振動4μm，頻譜中工頻占主要成分。

圖8 泵兩端水平方向振動波形頻譜圖

圖9 泵兩端垂直方向振動波形頻譜圖

2.3 泵與電機同一時間數據采集

為電機驅動端水平方向和泵驅動端水平方向振動波形頻譜圖，圖中電機端振動42μm，泵端振動53μm，振動相位差180°左右，頻譜中工頻占主要成分。為電機驅動端垂直方向和泵驅動端垂直方向振動波形頻譜圖，圖中電機端振動5μm，泵端振動2μm，振動相位差180°左右，頻譜中工頻占主要成分，并伴有多次諧波。

2.4 地腳振動數據

泵和電機地腳概貌如圖10所示，檢測底腳振動數據見表3；由此可判斷電機和泵底腳不存在虛腳，可以排除底腳方面引起振動大的原因[1]。

圖10 泵和電機地腳概貌圖

表3 泵和電機地腳振動值

綜上可知，電機驅動端振動與泵驅動端振動的各個方向振動相位相差都是180°，也就是說同一時間點電機驅動端與泵驅動端的振動方向相反而且都是水平方向振動大，并且泵已經檢修過各種引起水平振動超標的原因已排查無問題；由此可以判斷該泵水平振動超標基本是因電機存在故障而引發的。且從電機振動頻譜圖分析，若電機非驅動端軸承可能存在故障(磨損間隙大)或電機轉子動平衡存在問題或電機軸承跑外圓故障都有可能使電機帶負荷后引起泵水平振動大的故障[2]。

3 故障處理

根據故障原因分析結論對電機進行下述檢修項目，來驗證、消除電機故障。

(1)檢測地腳。將電機吊起清理底腳鐵銹，然后把電機放置檢驗平臺(試驗臺)放平，用0.05mm塞尺塞4個地腳前后左右，均塞不進去證明電機底腳是合格(電機制造廠底腳標準：0.05mm以內為合格)。

(2)電機繞組檢測。測量繞組絕緣為1000MΩ，合格；繞組直流電阻為U-V1.162Ω，U-W1.165Ω，W-V1.163Ω，三項平衡。

(3)電機在試驗平臺單試。檢修前在電機維修站標準試驗平臺單試電機，檢測數據如表4，可見電機水平振動非常不穩定波動較大；并發現電機非驅動端(尾端)軸承有沙沙的異響聲。

表4 試驗平臺單試電機檢測數據

(4)軸承及軸承室檢查。電機解體檢查發現電機前、后端端蓋有跑套現象，用內千分尺測量端蓋軸承孔徑，非驅動端端蓋Φ140+0.07mm+0.06mm，驅動端端蓋Φ180+0.07+0.06mm；而軸承配合孔尺寸公差標準值：上差0.036mm下差0.015mm，所以實測值比標準值大了0.034mm；對前后端端蓋軸承孔進行鑲套處理。對軸承檢查發現非驅動端軸承有劃痕，于是更換前后端軸承。

(5)轉子動平衡。電機動平衡檢測結果，電機驅動端29°方位平衡量48.1g，非驅動端353°方位平衡量32.0g(南陽出廠標準為10g以內)。偏差量，驅動端差38.1g，非驅動端差22.0g。因此對驅動端29°位置加52g平衡塊，非驅動端253°位置加25g平衡塊；平衡后，驅動端284°平衡量8.9g，非驅動端5°平衡量6.2g,轉速300s/min。電機檢修完畢后在試驗平臺進行單試，各方向振動均合格，檢測數據見表5。

表5 檢修后試驗平臺單試數據

電機回裝帶負荷運行，泵驅動端水平振動為3.2mm/s,非驅動端水平振動2.9mm/m；電機驅動端水平振動2.7mm/s，非驅動端水平振動為2.3mm/s；各振動均合格。

4 結語

通過對泵振動超標的故障檢修分析、判斷，最終發現是由于電機轉子動平衡問題、電機前后端軸承跑外圓及軸承故障導致電機水平振動波動大，致使電機帶負荷運行時泵水平振動超標。處理完畢電機故障后，徹底解決了泵振動超標的問題，確保了裝置平穩生產。