立式循環泵組振動原因分析與處理對策

　　摘 要：我廠循環泵房裝有長沙水泵廠生產56LKXA-18型立式循環泵4臺，供2臺200MW汽輪發電機組冷卻用水，于1999年投入運行。該型泵組自投運以來曾因各種原因發生了振動值超標故障，經過多年對該泵組的檢修工作經驗，摸索到了一些該泵組震動超標的原因和解決方案，下面就該問題進行分析與探討。
　　關鍵詞：立式循環泵組 導軸承 機架 振動 故障分析
　　中圖分類號：TP277文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0068-02
　　1 泵組構造簡介
　　56LKXA-18型立式循環泵為立式，單吸，單級導葉式混流泵，在不拆卸泵體的情況下可單獨抽出轉子進行檢修。該泵主要由吸入喇叭管，外接管，出口彎管，泵支撐板及安裝墊板，電機支座，導流板及軸封部分，軸承部分，聯軸器，葉輪，葉輪室，導葉體，潤滑內接管組成（圖1）。流量14940（m3/h），揚程18m。配套電動機為上海電機廠生產YL1000-12型立式異步電動機。額定功率1000kW，轉速495r/min。
　　2 故障原因分析及處理對策
　　大型立式循環泵組的振動的原因主要有：（1）機械原因引起的振動：因不平衡、連接不良、接觸不良、動靜摩擦、軸承因素及基礎因素等。（2）流體原因引起的振動：因流體脈動、汽蝕、葉片數和葉片形狀不同等因素。（3）電氣原因引起的振動：因負荷不平衡、磁通量不平衡、電源高次諧頻、倍頻振動、轉差率等因素。
　　2.1 機械原因引起的振動
　　2005年12月，我廠#4循環泵運行中突然發生振動超標故障。現場觀察，軸封處大量甩水，油、水管路有明顯抖動現象，測量該泵組振動值：泵導軸承處水平方向0.02/0.03mm，垂直方向0.01/0.012mm；電動機下機架水平方向0.04/0.06mm，垂直方向0.015/0.02mm；電動機上機架水平方向0.14/0.16mm，垂直方向0.05/0.06mm。立即將該泵停止運行，隨后將水泵與電動機聯軸器解開，對電動機進行了單獨試運，測量該電機下機架振動值0.01/0.012mm，上機架振動值0.015/0.016mm。符合規范要求，基本排除電動機對泵組振動的影響。決定對循環泵進行解體檢查。
　　循環泵解體后發現，葉輪上有一葉片斷裂（圖2），軸承支架及泵體筒壁磨損，水泵潤滑內接管連接法蘭盤螺栓部分脫扣。
　　從其振動頻譜分析：（1）1倍頻占主要成分。（2）1倍頻轉速頻率的振動尖峰的幅值大于振動總量幅值的80%。（3）水平方向振動比垂直方向大2～3倍。由此可以判定，水泵葉輪葉片斷裂造成轉子不平衡，也就是引起泵組振動值超標的直接原因。由于泵組的振動過大，造成水泵潤滑內接管連接法蘭盤螺栓受損及軸承支架磨損。而葉片斷裂的原因：一是因該泵靠近取水口的來水側，相對于其它3臺泵，其進水室沉積物較多，造成葉輪沖蝕比較嚴重；二是該泵在此之前曾經因出力不夠，返回長沙水泵廠進行過葉輪葉型矯正，在矯正的過程中對葉片根部進行過加熱處理，可能存在因工藝不當造成應力集中，以至發生斷裂。另外，經金屬專業人員檢查從葉片斷面來看，其根部有原始裂紋，加之葉輪整修后動平衡不良，使葉片長期在交變應力作用下產生金屬疲勞，造成斷裂。此葉輪由長沙水泵廠進行返廠修復處理，回裝后該泵組運行正常。
　　2.2 流體原因引起的振動
　　2007年7月，我廠#1循環泵運行突發嚴重振動問題，現場觀察控制盤電流表指示擺動幅度達20A，泵基礎都能感覺到明顯震感，并伴有強烈噪聲。在檢查時發現一次濾網因卡澀致使保護動作跳閘，泵進水室水位較正常水位低4m。立即停止該泵運行。
　　進一步查找原因發現，一次濾網鏈板銷軸脫開，致使濾網鏈條連同網板脫落，疊加堆積在濾網進水室中，造成一次濾網保護跳閘，無法運轉。加之當天正下大雨，河水中大量污物進入濾網進水室，由于一次濾網無法運轉，致使污物淤積在網板上，造成濾網過流量急劇下降。從而導致循環泵進水室水位下降，無法維持循環泵正常運行所需水位。因此可以確定發生氣蝕是導致循環泵組振動的直接原因。汽蝕現象的特征：（1）因汽蝕原因引起的振動頻譜往往是隨機的，常伴有葉片通過頻率。（2）發生汽蝕時，超聲測量的高頻加速度，沖擊脈沖等將增大。（3）汽蝕往往產生奇特的噪聲。
　　鑒于一次濾網鏈板結構存在設計問題，后經與原廠家協商對其進行了改進。并于2008年在循環泵取水口加裝了一套清污設備。從而徹底消除了設備隱患，有效保證了循環泵的穩定運行。
　　3 綜合原因引起的振動
　　3.1 故障現象及處理過程
　　2006年9月18日，我廠#2循環泵發生振動異常問題。現場測量#2循環泵電動機上機架水平方向最大振動值達0.12mm，且極不穩定，南-北水平方向振動值在0.06～ 0.12mm之間波動。泵組其它運行參數正常。因該泵剛剛進行過大修，投運后一直運行正常，所以決定先檢查電動機。9月19日#2循環泵電動機單獨試運，其上機架水平方向（南-北）振動值為0.12～0.13mm，垂直向振動值為0.05～0.06mm，下機架水平方向（南-北）振動值為0.04～0.06mm，垂直向振動值為0.02～0.03mm。由此可以基本確定是電動機故障造成循環泵組的振動。決定對電動機進行解體檢查，檢查中發現上機架水平偏差大，達0.20mm/m，其它測量數據均符合規程要求。隨后對電動機轉、定子進行了檢查，沒有發現斷條、線棒故障等電氣方面缺陷。于9月28日回裝后再次進行了#2循環泵電動機單獨試運，啟動后測量其上機架水平方向（南-北）振動值最大達0.30mm，在電動機停運瞬間轉子惰走過程中測量其振動值迅速降至0.04mm以下。進一步檢查發現#2循環泵電動機定子水平偏差很大，北側低0.50mm/m。經研究決定，在電動機定子支架北側加金屬墊片的方法調整定子水平。按工藝要求對各質量控制點進行了嚴格復查，沒有發現其他問題。經再次檢修回裝后，于10月9日進行了電機單獨和泵組整體試運。經檢測#2循環泵組最大振動值為0.03～0.04mm。符合運行標準規定，泵組整體運行正常。
　　3.2 振動原因分析
　　#2循環泵組從9月18日運行中突發振動故障至10月9日問題的解決，在此次處理過程中有很多值得去總結的地方。以便找出我們工作中存在的問題，提高相映的故障處理水平。
　　（1）水平變化造成泵組振動。
　　在第一次檢修時發現電動機上機架水平偏差達0.20mm/m，超出了技術規范要求。使泵組產生一個不平衡位移，循環泵組轉子旋轉時在此不平衡力的作用下產生振動。如圖3所示
　　（2）電動機定子偏心造成泵組振動。
　　在電動機第二次故障處理工作過程中發現定子水平偏差達0.50mm/m，因轉子中心線是垂直的，而電動機定子如此大的水平偏差必然會在轉子與定子之間產生一個不均勻的氣隙。如圖4所示，由于轉子、定子氣隙偏差大，所以在電動機運轉后轉子與定子最小氣隙處就會產生一最大電磁力，進而產生了非定向的振動。如圖5所示，由于在故障處理前轉子也存在一與定子同向的水平偏差，而在將轉子調整后，卻相對增大了轉子、定子氣隙偏差，所以這也是第二次檢修后試運時電動機振動值反而增大的原因。
　　（3）泵組水平變化原因分析。
　　造成泵組水平變化原因：一是泵組基礎原始安裝質量問題；二是循環泵出口管路在長期運行后由于滲漏和管路上部道路施工等原因造成沉降，進而影響了泵組的基礎水平。
　　3 結語
　　大型立式循環泵組充分體現了機電一體化的特點，在處理振動故障時要從大視野多角度進行分析及處理，只有這樣才能將泵組振動問題徹底解決。本文是立式循環泵組檢修實踐中一些經驗的總結，僅供檢修人員參考。
　　參考文獻
　　[1]56LKXA-18型泵安裝使用說明書.
　　[2]大型立式交流電動機使用維護說明