給水泵電機(jī)設(shè)備振動(dòng)異常原因及解決對策

余志凱

（珠海水務(wù)集團(tuán)客戶服務(wù)分公司，廣東 珠海 519000）

振動(dòng)是評價(jià)水泵電機(jī)設(shè)備運(yùn)行可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)，一旦發(fā)生異常振動(dòng)，將直接影響水泵的安全運(yùn)行，表現(xiàn)為會(huì)引發(fā)電機(jī)和管路的振動(dòng)造成軸承等零部件的損壞和連接部件松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使某些部件變形，甚至有斷裂的危險(xiǎn)。同時(shí)由于振動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生噪聲，易造成崗位人員心情煩噪、疲勞、反應(yīng)遲鈍，容易發(fā)生操作失誤。因此，必須對給水泵電機(jī)設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的振動(dòng)異常問題予以高度重視，尋找振動(dòng)異常的原因，進(jìn)而采取必要的解決對策。

1 設(shè)備運(yùn)行模式及振動(dòng)超標(biāo)的來源

該系統(tǒng)專為通風(fēng)制冷機(jī)中間回路提供冷卻水，共設(shè)計(jì)安裝兩臺(tái)泵，正常工況一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。因通風(fēng)制冷系統(tǒng)為機(jī)組重要儀控設(shè)備、電子機(jī)柜等提供可靠的冷卻，一旦失效，有跳機(jī)、停堆的風(fēng)險(xiǎn)，特別在夏季此種情況尤為重要。該海水供水泵為俄供長軸深井泵:型號為1350-35；技術(shù)參數(shù)為Q=1800m3/h，H=32.3m，U=6000V，n=1500r/min，N=250kW。泵組總長度為17.74m，泵軸共有7根，長度為15.8m，連接方式為卡環(huán)軸套螺紋連接，驅(qū)動(dòng)端安裝角接球滾珠軸承，滑潤油循環(huán)冷卻，水下軸支撐有7只橡膠軸承 (海水冷卻)，軸封用盤根密封(自泄漏冷卻)。

設(shè)備運(yùn)行期間，維護(hù)人員通過對該泵組采取定期振動(dòng)測量方式，了解該泵組的振動(dòng)趨勢，通過頻譜分析，掌握了其運(yùn)行狀況。當(dāng)出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)時(shí)，要及時(shí)進(jìn)行故障診斷并治理。2007-03-19在一次定期試驗(yàn)的振動(dòng)測量時(shí)，發(fā)現(xiàn)該泵組電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承座振動(dòng)超標(biāo)，且振幅波動(dòng)較大。其詳細(xì)振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1。

注:H是指順泵出口管道方向；V是指垂直泵出口管道方向；A是指平行泵軸方向。

測振儀數(shù)據(jù)采集頻率范圍是10～1000Hz，振動(dòng)結(jié)果采用均方根值顯示。根據(jù)俄方提交的運(yùn)行文件，該泵組維持長期運(yùn)行的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)是4.5mm/s以下(均方根值)。

由振動(dòng)測量過程中的時(shí)域波形可知，各點(diǎn)振幅波動(dòng)較大，且存在一定的低頻周波成分。對1#～3#測點(diǎn)圓周方向進(jìn)行多點(diǎn)振動(dòng)頻譜比較，發(fā)現(xiàn)各測點(diǎn)的頻譜成分均以16.875Hz為主，且出現(xiàn)振動(dòng)幅值由電機(jī)的非驅(qū)動(dòng)端向驅(qū)動(dòng)端、再向電機(jī)與泵的連接處依次減小的規(guī)律。頻譜分析以垂直管道方向的測點(diǎn)為例，如圖1所示（由于高頻成分幾乎沒有，為了方便顯示，對頻譜圖中的頻譜范圍進(jìn)行了縮減，2#與3#測點(diǎn)的頻譜成分相類似）。

由圖1可知，在整個(gè)頻譜范圍內(nèi)，16.875Hz的譜峰占主要成分。電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率譜峰25Hz所對應(yīng)的峰值很小。

從測量結(jié)果看，超過了廠家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因而不利于設(shè)備的長期運(yùn)行。但由于機(jī)組當(dāng)時(shí)處于運(yùn)行期間，沒有定期維修保養(yǎng)，測量結(jié)果超標(biāo)也是在意料之中。為了分析振源，評價(jià)當(dāng)前振動(dòng)狀態(tài)是否允許泵組運(yùn)行，筆者進(jìn)行了如下兩個(gè)方面的研究。

表1 振動(dòng)測量數(shù)據(jù)/mm·s-1

（1）電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的軸承型號為俄供32320，滾珠數(shù)為14個(gè)，計(jì)算得出的內(nèi)環(huán)、外環(huán)、滾珠、保持架的故障頻率均與16.875Hz不相符合，因而可以排除軸承故障。同時(shí)，為了評價(jià)軸承運(yùn)行狀況，利用專業(yè)儀表采用沖擊脈沖方式，對電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的支撐軸承進(jìn)行了重點(diǎn)診斷。該技術(shù)能及時(shí)有效地診斷出軸承的早期故障。電機(jī)轉(zhuǎn)子非驅(qū)動(dòng)端軸承沖擊脈沖測試數(shù)據(jù)dBm值為24，dBc值為12，均小于軸承損壞程度標(biāo)準(zhǔn)的30。通過沖擊脈沖技術(shù)診斷該軸承運(yùn)行狀況正常，無明顯損傷，電機(jī)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)端軸承沖擊脈沖測試數(shù)據(jù)dBm值為14，dBc值為4，均遠(yuǎn)小于軸承損壞程度標(biāo)準(zhǔn)的30，數(shù)據(jù)顯示該軸承運(yùn)行狀況良好。

（2）通過對電機(jī)1#測點(diǎn)的敲擊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)外殼的固有頻率大致在14Hz左右，與各測點(diǎn)中的主要分量16.875Hz很接近，見圖2。

2 原因分析及解決對策

2.1 原因分析

引起設(shè)備振動(dòng)的原因是多方面的，如管系振動(dòng)、泵軸跳動(dòng)，以及靠背輪對中不良(同心度、平行度)、泵座和電機(jī)支座強(qiáng)度不夠等。引起該設(shè)備結(jié)構(gòu)共振的激勵(lì)來源可能有以下3種:

（1）由管道振動(dòng)傳遞引起的激勵(lì)管道安裝直角90b的拐彎較多(6處)，加上其固定方式為滑動(dòng)支撐，從而引起振動(dòng)；

圖1 電機(jī)自由端順著管道方向測點(diǎn)的振動(dòng)頻譜示意

圖2 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端垂直出口管道方向測點(diǎn)的固有頻率頻域曲線

（2）電機(jī)軸承潤滑不良激發(fā)振動(dòng)該電機(jī)采用軸承潤滑脂潤滑，無加油嘴，其不良的潤滑造成振動(dòng)；

（3）其他激振力振動(dòng)測量時(shí)時(shí)域波形中出現(xiàn)了低頻周波分量，這可能是因?yàn)檩S系長、晃動(dòng)大、泵座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠引起的。(該電機(jī)重達(dá)2518kg，泵座及電機(jī)支座是碳鋼板焊接加工而成，周圍加強(qiáng)筋只有8mm厚，分段焊接強(qiáng)度低，降低了電機(jī)的支撐剛度。)而低頻周波分量是引起振動(dòng)的一個(gè)重要因素。

2.2 解決對策

根據(jù)此類泵組特點(diǎn)，可從以下7個(gè)方面降低振動(dòng):

（1）改變泵軸彎曲度由于深井泵泵軸較長，易引發(fā)晃動(dòng)變形，通過多次解體檢查，泵軸都有不同程度的彎曲共性，泵軸彎曲是引起振動(dòng)的主要方面；

（2）減小泵座與電機(jī)支座固定螺栓的力矩，改變連接剛度當(dāng)減小支座與泵體法蘭固定螺栓力矩時(shí)，因應(yīng)力改變而降低振動(dòng) (有效性已在同類型泵組的振動(dòng)處理中得到驗(yàn)證)；

（3）增加泵體、電機(jī)支座強(qiáng)度該泵座、電機(jī)支座是碳鋼板焊接制作，用直徑705mm，加強(qiáng)筋8mm的碳鋼板分段焊接，強(qiáng)度相對較低，從泵底座至電機(jī)頂部高達(dá)3.38m，電機(jī)本體重2180kg，晃動(dòng)不可避免，而一般立式泵采用鑄鋼制造，強(qiáng)度高，不存在變形；

（4）檢查和調(diào)整泵出口管第一道滑動(dòng)支架的間隙通過調(diào)整，使泵出口法蘭與管道法蘭保證平行度，以減少應(yīng)力；

（5）減小其他激振力對由其他激振力引起的振動(dòng)也應(yīng)采取相應(yīng)的措施；

（6）在出口管加裝橡膠波紋管緩解來自管道的激振力由于該管道安裝全部采用滑動(dòng)支架支撐，介質(zhì)沖刷管道振動(dòng)較大，再加上有多處成90b拐彎，阻力大，橡膠波紋管能將來自管系的振動(dòng)抵消；

（7）在確保設(shè)備正常運(yùn)行狀況下調(diào)整振動(dòng)限值，由4.5mm/s提高到5.6mm/s，并在運(yùn)行中加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)測。

2.3 效果分析

由于泵組運(yùn)行期間，處理窗口有限，僅實(shí)施了減振措施中第二項(xiàng)，在電機(jī)自由端垂直方向兩側(cè)各加一根撐桿，調(diào)整螺栓力點(diǎn)為撐力，沿泵出口管對面加一根撐桿，調(diào)整螺栓力點(diǎn)為拉力。

經(jīng)過調(diào)整，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端垂直方向的振幅約為3.2～3.8mm/s，水平方向的振幅約為 2.9～3.2mm/s(振動(dòng)值上限為 4.5mm/s)。經(jīng)過處理，現(xiàn)在該泵組的振動(dòng)情況合格。但仍存在電機(jī)的1#測點(diǎn)通頻振幅較大，頻譜成分中16.875Hz附近的分量幅值比例較大，通頻值有一定的波動(dòng)，時(shí)域波形中的低頻周波分量也還存在。2#測點(diǎn)和3#測點(diǎn)的振幅比處理前有一定的上升。這主要是因?yàn)楝F(xiàn)場施工條件有限，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端距地面近3m，導(dǎo)致支撐架太長，而支撐架材料又較細(xì)(576的中空鋼管)，在泵組運(yùn)行過程中，支撐架因剛性較差存在一定的晃動(dòng)，因此沒有完全避開共振。在最近進(jìn)行的大修中，對該泵組采取了如下對策:

(1)基礎(chǔ)找平；

(2)出口加裝膨脹節(jié)(在檢修期間，在用葫蘆吊吊泵出口的一截管道時(shí)，存在明顯緊力，導(dǎo)致泵組運(yùn)行過程中對泵產(chǎn)生反作用力)；

(3)更換被腐蝕不均勻的陽極塊(陽極塊腐蝕不均勻使水流沖擊力不均勻，外力不均勻)；

(4)檢查泵軸彎曲度(經(jīng)測量，各段泵軸均有一定彎曲，從而加大了運(yùn)行過程中的低頻晃動(dòng))。采取上述措施后，再次試轉(zhuǎn)進(jìn)行振動(dòng)測量，發(fā)現(xiàn)各測點(diǎn)振動(dòng)幅度明顯減小，最大振動(dòng)幅值為3.3mm/s。說明處理措施有效，之前的分析正確。

結(jié)語

通過對振動(dòng)異常原因的分析和解決對策的實(shí)施，目前給水泵電機(jī)設(shè)備振動(dòng)異常的問題已基本得到解決。給水泵電機(jī)設(shè)備振動(dòng)異常原因較為復(fù)雜，涉及到多方面，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差都有可能造成振動(dòng)增大或設(shè)備損壞。因此，要求通過提高設(shè)計(jì)和安裝質(zhì)量，提高操作水平，加強(qiáng)日常維護(hù)檢修，以確保設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

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