電廠前置泵異常振動(dòng)分析與處理

華能平?jīng)霭l(fā)電有限責(zé)任公司 侯軍軍 張 東 趙新軍 任廣軍 楊雪燕 華能平?jīng)霭l(fā)電有限責(zé)任公司 孔垂鑫

1 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類先進(jìn)的狀態(tài)檢修及機(jī)械故障診斷手段層出不窮。狀態(tài)檢修技術(shù)是綜合利用振動(dòng)、超聲、紅外等多種先進(jìn)的分析手段，綜合判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或故障原因，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，跟蹤故障劣化趨勢(shì)，為運(yùn)行操作和檢修決策提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2 前置泵概述

FA1D56前置泵是水平、單級(jí)雙級(jí)離心泵，由殼體、葉輪、軸、葉輪密封環(huán)，軸承，軸封、聯(lián)軸器和泵座構(gòu)成。為雙蝸殼體、高質(zhì)量的碳鋼鑄件，葉輪是雙吸式、不銹鋼鑄件，在自由軸上裝有一雙向推力軸承。軸為不銹鋼鍛件泵裝有滾動(dòng)軸承，裝有機(jī)械密封，泵與電機(jī)之間的疊片聯(lián)軸器中傳遞扭矩。

其主要參數(shù)：型號(hào)：FA1D56；型式：臥式軸向中分泵殼型，單級(jí)雙吸離泵；出口壓力：1.84MPa；揚(yáng)程：100m；效率：82.6%；軸功率：192.3kW；進(jìn)口水溫：166℃；轉(zhuǎn)速：1480r／min。

3 異常振動(dòng)現(xiàn)象描述

2021年9月22日，#1機(jī)組前置泵運(yùn)行時(shí)水平和軸向振動(dòng)均有不同程度的增加，自由端軸承溫度較平時(shí)高2-3℃，同時(shí)泵在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)不規(guī)則的異音，驅(qū)動(dòng)端及電機(jī)軸承溫度均正常，電流無明顯變化，且電機(jī)振動(dòng)溫度均正常，可以確定為泵自身的缺陷。現(xiàn)場(chǎng)檢查機(jī)械密封運(yùn)行正常，每日巡檢自由端振動(dòng)值測(cè)量，振動(dòng)值有緩慢上升趨勢(shì)，數(shù)據(jù)如表1所示。考慮到前置泵軸承于2020年9月更換，軸承運(yùn)行周期短，暫對(duì)軸承加注潤(rùn)滑油觀察運(yùn)行。加注潤(rùn)滑油后振動(dòng)有所改善，但仍處于報(bào)警值范圍，振動(dòng)值如表2所示。

表1 自由端振動(dòng)值（加油前）

表2 自由端振動(dòng)值（加油后）

從機(jī)務(wù)角度出發(fā)，軸承處振動(dòng)及溫度增大的原因主要有以下幾個(gè)方面：一是軸承潤(rùn)滑油質(zhì)不合格、供油量不合適。當(dāng)油脂量不足時(shí)，潤(rùn)滑效果大打折扣，軸承滾珠與外圈摩擦加劇，產(chǎn)生了大量的熱，使得軸承溫度上升。當(dāng)油脂量過多時(shí)，軸承游隙變小，使得熱量不容易散發(fā)，并且油脂的分子間作用使得軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力加大，從而造成軸承升溫。二是潤(rùn)滑油脂選型不合適。當(dāng)溫度在100℃以上時(shí)，油脂的粘度發(fā)生變化，粘度變小影響了潤(rùn)滑效果，軸承就會(huì)出現(xiàn)油溫升高或者異響。通常情況下，由于滾道和滾珠會(huì)發(fā)生形變，從而導(dǎo)致油膜的設(shè)計(jì)值偏小，所以實(shí)際安裝的油膜值要大于設(shè)計(jì)的油膜值。三是軸承冷卻水冷卻效果差。主要包括水量不夠以及冷卻水管道堵塞導(dǎo)致的水速不高。四是軸承的裝配問題。軸承的裝配質(zhì)量問題主要是軸承安裝不到位，主要包括以下幾種情形：由于軸承的加熱溫度不夠高，在安裝過程中由于軸承內(nèi)孔發(fā)生了收縮，致使安裝不到位；軸肩表面、軸承內(nèi)孔或泵軸外表面等裝配面上有毛刺或突起缺陷，導(dǎo)致安裝不到位；軸承安裝沒有問題，但是由于缺少適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，從而導(dǎo)致冷卻后的軸承與軸肩之間存在間隙。五是軸承游隙過小。過盈配合的方式會(huì)使得軸承游隙過小，這樣就會(huì)使軸承滾珠與外圈摩擦增大導(dǎo)致軸承溫度升高。

結(jié)合以上現(xiàn)象，通過常規(guī)檢測(cè)手段，如聽診棒對(duì)振動(dòng)進(jìn)行分析，自由端軸承存在明顯異常摩擦聲音，初步判斷振動(dòng)大的原因主要在軸承上。于是聯(lián)系精密診斷人員使用振動(dòng)分析儀對(duì)振動(dòng)故障排查。

4 頻譜分析及故障診斷

4.1 前置泵現(xiàn)場(chǎng)布置圖（如圖1）

圖1 現(xiàn)場(chǎng)布置圖

4.2 通頻值分析（如表3）

表3 通頻值分析

通頻值是振動(dòng)最原始的、未經(jīng)傅里葉級(jí)數(shù)變換的所有原始振動(dòng)信號(hào)。我們可以測(cè)量設(shè)備的通頻值，根據(jù)國家或行業(yè)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)判斷設(shè)備的健康狀況。從振動(dòng)通頻值看出，振動(dòng)最大值位于泵自由端，其軸承垂直方向振動(dòng)達(dá)6.72mm/s，水平方向方向振動(dòng)達(dá)4.67mm/s，軸向方向振動(dòng)達(dá)8.8mm/s，超過振動(dòng)危急值（ISO10816標(biāo)準(zhǔn)小于7.1mm/s）。

4.3 振動(dòng)頻譜分析

從低頻頻譜可以看出，8X 以下低頻無明顯特征頻率，基本可以排除不平衡、基礎(chǔ)松動(dòng)等故障。而在8X 頻率以上頻譜范圍出現(xiàn)大量振動(dòng)頻率成分，分別為8.442XHz、9.442XHz、10.442XHz。而9.442 XHz 恰好為自由端軸承（型號(hào)：SKF30314）內(nèi)環(huán)故障頻率，振動(dòng)值為2.83mm/s，其余兩個(gè)頻率成分為內(nèi)環(huán)故障頻率邊帶。頻譜圖如下圖2所示。

圖2 頻譜圖

另外，通過解調(diào)譜也可以看出內(nèi)環(huán)故障頻率處沖擊量達(dá)2.6g，如下圖3所示。為進(jìn)一步驗(yàn)證軸承故障嚴(yán)重程度，查看波形解調(diào)譜振動(dòng)趨勢(shì)，振動(dòng)沖擊值最高達(dá)71.88g（正常為10g 以下），進(jìn)一步確定軸承已處于晚期故障階段，綜合分析判斷，泵自由端軸承故障造成設(shè)備振動(dòng)超標(biāo)，需立即安排檢修。

圖3 沖擊解調(diào)譜

5 解體檢修與修后振動(dòng)分析

2021年9月30日，檢修人員對(duì)該泵解體檢修，發(fā)現(xiàn)自由端軸承內(nèi)環(huán)及滾珠表面存在明顯金屬剝離，個(gè)別滾珠表面有明顯凹坑，更換軸承后回裝試轉(zhuǎn)。

檢修后，前置泵振動(dòng)處于正常水平，綜合日常巡檢及本次檢修情況，對(duì)本次軸承損壞的原因歸納為以下兩點(diǎn)：一是軸承長(zhǎng)期潤(rùn)滑不良造成滾珠表面損傷；二是軸承可能存在缺陷。通過對(duì)頻譜再次測(cè)量，軸承故障頻率消失，通頻值振動(dòng)由6.72mm/s降低至1.13mm/s，振動(dòng)良好，說明軸承故障是引起此次前置泵振動(dòng)的原因。

6 結(jié)語

前置泵作為汽機(jī)重要輔機(jī)，引起其振動(dòng)的原因有很多，振動(dòng)大容易造成大的故障，只有結(jié)合設(shè)備構(gòu)造、運(yùn)行方式、設(shè)備原始振動(dòng)等綜合分析，才能對(duì)癥判斷，進(jìn)行針對(duì)性的處理。

通過本次對(duì)前置泵振動(dòng)大的原因進(jìn)行頻譜分析，在設(shè)備不解體的情況下，準(zhǔn)確找到了振動(dòng)的根源，制定了有針對(duì)性的處理方案，同時(shí)為今后故障診斷分析處理有一定的借鑒、參考作用。