振動診斷技術在景電工程大型水泵機組上的應用

摘要:本文針對景電工程泵站大型臥式機組實際運行中的竄軸問題，分析并找到了引起竄軸的主要原因，對于竄軸導致大型異步電動機轉子失圓乃至電動機掃膛事故的實際問題，分析其成因，總結了應用振動診斷技術判斷上述故障的方法，對于同類型大型旋轉設備而言，具有一定的借鑒意義和實用價值。

關鍵詞:臥式機組臥式雙吸離心泵鼠籠式異步電動機竄軸掃膛

中圖分類號:TG47文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0122-02

1 景電工程大型旋轉設備型式簡介

景電工程共建有泵站43座，機組共計300多臺(套)，均為臥式機組。其中，二期工程總干泵站裝有1400～2240kW的電動機84臺，84臺大電機中39臺為鼠籠式異步電動機，電動機及臥式雙吸離心泵的安裝方式示意見圖1。

如圖1所示，水泵和電動機的內、外側軸承均為滑動軸承，水泵與電動機聯軸器的聯結采用彈性圈柱銷聯結方式。

2 運行中大型臥式機組竄軸問題及異步機轉子失圓原因分析

2.1 大型臥式機組竄軸問題

景電工程大型臥式機組自1998年水泵與電機聯軸器的聯結改為彈性圈柱銷聯結以后，在正常情況下(水泵安裝與檢修精度達標、水泵與電機同心度達標、機組運行工況正常)，當機組啟動時和運行中，一般不會產生軸向位移。但在實際運行中，當運行工況發生變化(如經長時間水泵雙吸密封環一側磨損或因汽蝕原因損傷較大、水泵轉子偏離中心線等)，就會導致機組在啟動或運行中產生一定的軸向位移，多數情況下其位移值均在軸肩與軸瓦端面預調定的間隙范圍內，水泵和電動機的軸肩面與軸瓦端面也不會產生摩擦導致軸瓦溫度升高;當上述情況趨于嚴重時，水泵和電動機的軸肩面與軸瓦端面就會產生摩擦，進而引起軸瓦溫度升高，在此情況下機組的振動也同時會加劇。

2.2 鼠籠式異步大電機轉子失圓原因分析

由于鼠籠式異步電動機的起動力矩大，在電動機啟動的幾秒中內，當機組存在軸向推力誘因(即竄軸誘因)時，啟動的一瞬間，轉子楔鐵焊接部位同時會受到很大軸向力的作用，電動機啟動次數越多，軸向推力對轉子楔鐵焊接部位的損傷會越大，達到一定程度后其焊接部位的局部可能出現裂紋，逐漸會導致焊接部位松動，進而導致楔鐵松動，照此下去，電動機轉子的橢圓度也逐漸加大。出現上述情況，若未及時發現，機組的振動幅度會越來越大，當機組振動位移幅度或主軸彎曲變形超過電動機定轉子的氣隙(≤2mm)時就會發生定轉子掃膛的事故。

3 利用振動診斷技術判斷異步電動機轉子失圓故障

鑒于設備結構形式、電動機的啟動特性和運行中發現的上述問題，運行管理單位決定購置相關設備對機組的運行狀況進行振動監測。

3.1 振動診斷設備的選型與配置

經對廠家產品進行考察，并結合設備運行振動狀況表現和現場檢測數據的驗證對比，運行管理單位購置了北京京航公司的振動監測設備，具體配置如下:(1)將HG-2500系列便攜式測振儀每泵站配一臺，由現場運行人員在現場每天檢測，在水泵和電動機內外側軸承位置測量水平、垂直及軸向的振動位移(um)、速度(mm/s)和加速度(mm/s2)，即每臺機組4個測點、12個數據。(2)購置一套HG—8904F多通道數據采集故障診斷系統及HG-6802電機故障診斷儀，當現場運行人員用便攜式測振儀檢測發現機組振動數據明顯增大后，由專業人員(經廠家進行專業培訓)進行巡回檢測、診斷。

HG-8904F多通道數據采集故障診斷系統，具有四大功能:(1)離、在線振動分析功能;(2)旋轉機械故障自診斷功能;(3)現場單雙面動平衡功能;(4)交流感應電動機故障診斷專家系統可進行現場分析、故障判別、數據管理、趨勢分析等，適用于各種規格鼠籠式交流三相同、異步電動機及其配套臥式單級雙吸離心泵在線振動狀態監測、分析和故障診斷。

3.2 振動診斷實例——發現聯軸器彈性圈柱銷彈性圈老化、損傷

正如設備型式所述，景電工程大型機組的聯軸器是用彈性圈柱銷聯結的，如圖1所示，它在泵聯側為剛性、電聯側有彈性圈，彈性圈的摩擦力可消除軸向力。當機組經較長時間運行后彈性圈會老化、損傷，而景電工程運行的特點是夏、秋灌連續運行時間較長，設備檢修只能安排在秋季(或春季)間歇期，設備運行中運行人員對彈性圈無法直接檢查，而引起機組竄軸的誘因又較多，只有對設備的振動進行比較準確的檢測才能對竄軸真正的原因做出正確的判斷。

以下以二期總干四泵站4#機實測軸向位移波形圖為例來分析聯軸器彈性圈的老化到破損的過程:圖2、圖3為2007年10月31日實測波形，圖4、圖5為2008年10月20日實測波形。10月份景電工程泵站水泵已進行過秋檢，此時黃河水質較好，是機組運行工況和運行條件相對最好的時期之一。

以彈性圈柱銷的正常性能而言，機組存在軸向推力情況下，水泵內側軸向力經電機內側彈性圈摩擦作用后應有明顯的減弱，但從圖3與圖4的對比中可以看出，電動機內側的振動位移衰減很小，幾乎相差無幾，即彈性圈的摩擦作用很小，說明彈性圈的性能老化了。

歷時近一年的運行，機組其它運行工況良好，運行條件基本一致，但從圖4和圖5的對比中發現，電機內側的振動位移值反而比水泵內側的明顯增大，現場機組運行狀況是:該機組啟動時有明顯的軸向竄動，運行中也看到有間歇性竄軸現象，電動機兩側軸瓦溫度明顯高于本泵站其它機組的，鑒于此，初步判斷是彈性圈損壞故障。

發現這一問題后，運行管理單位舉一反三，對84臺同類設備進行了普查，結果發現大部分彈性圈存在不同程度的損傷甚至破損的問題，因次就更換了這些機組的彈性圈，消除了這一故障隱患，從這一方面確保了機組正常安全運行。

4 結語

竄軸引起軸瓦發熱，進而導致鼠籠式異步大電機的轉子失圓是電灌泵站同類型大型臥式機組的常見故障，應用測振診斷技術手段，可對機組的振動狀況進行跟蹤監測，并依據設備的具體運行癥狀來分析、排查，能夠及早發現問題、及時排除竄軸誘因，防止大型鼠籠式異步電動機轉子失圓而導致定轉子掃膛的事故，這個應用實例對于同類大型旋轉設備而言，具有參考實用價值和借鑒意義。