狀態監測技術在離心水泵上的應用

顧　翼

(中國石化上海石油化工股份有限公司化工部，上海200540)

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狀態監測技術在離心水泵上的應用

顧翼

(中國石化上海石油化工股份有限公司化工部，上海200540)

摘要：運用機泵狀態監測技術對離心水泵突發故障的分析，及時發現軸承的早期異常損壞，消除機泵因軸承滾動體質量不佳引起的故障，避免了機泵零件的惡性損壞，為機泵振動狀態監測系統的推廣提供實例。

關鍵詞：狀態檢測離心泵軸承故障原因

中國石化上海石油化工股份有限公司化工部(以下簡稱化工部)動力車間廠部泵房共有8臺流量為3 kt/h的雙吸式離心水泵，其中P104泵是唯一采用變頻電機驅動、保持管網壓力穩定的主要設備。2014年11月17日該泵在運行過程中電機突然發出異常聲音，經狀態監測設備運維精益管理系統(PMS)數據分析判斷為水泵軸承損壞，解體檢查發現，泵前軸承滾動體碎裂，滾道嚴重磨損，與PMS數據分析情況一致。經更換軸承后水泵恢復正常運行，避免了機泵進一步損壞。

1設備基本概況

P104循環水泵為24SH-13型單級雙吸臥式離心泵，泵殼中開，由上海中開泵機制造有限公司生產，2005年8月投入使用，配用電機功率為560 kW，流量3 168 m3/h，揚程47.4 m，轉速970 r/min，轉軸兩端水平支承采用6320型單列向心滾動球軸承，二硫化鉬鋰基脂潤滑。日常運行中，每周采用華陽檢測儀器有限公司生產的便攜式HY-106C測振儀和HY-860抄表儀采集振動數據后上傳PMS系統，水泵各測點布置見圖1所示。

圖1　P104泵PMS狀態監測測點分布

2故障及原因分析

2.1故障狀況

P104泵曾于2012年1月進行了大修，更換了傳動軸、葉輪、軸承等零部件，投用兩年間運行平穩，至故障發生時共運行了24 030 h，2014年11月17日用HY-106C測振儀采集的P104泵故障中振動數據見表1所示。

表1　P104泵故障中振動數據　mm/s

由表1數據可知：三方向振動最大值位于水泵前軸承軸向3A處，表明機泵存在不對中現象。校中心發現，聯軸器端面偏差0.31 mm，徑向偏差0.52 mm，嚴重偏離聯軸器對中要求的0.06 mm和0.08 mm允差值[1]；水平向3H處振動數據增大，表明傳動軸存在不平衡狀況。

2.2PMS數據分析

調取PMS系統采集的P104水泵3A方向時域波形圖和單趨勢圖，見圖2～3。

圖2　P104泵3A方向時域波形

圖3　P104泵3A方向單趨勢

由PMS時域指標可知：P104泵3A處測量值平均幅值為2.82 mm/s，有效值為3.99 mm/s，處于ISO-2372振動判定標準的B區，但歪度及峭度分別為0.55和6.71，嚴重偏離正常值0和3。由圖2可見：幅值多處異常增大，且呈周期性出現，表明軸承內部有多處損傷；由單趨勢圖(圖3)左段曲線可明顯發現，故障發生前測量值波動明顯，至11月17日猛增了一倍多，由此可判斷泵前軸承發生了損壞。

2.3拆檢軸承狀況

經拆卸P104泵前后軸承檢查，發現泵前軸承外圈滾道磨損痕跡清晰；軸承球滾動體有多顆磨損，其中一顆碎裂，碎裂的滾動體芯部材質不一且界面出現了裂紋，見圖4～6，由于前軸承球滾動體磨損、碎裂，導致前支承點功能失效，傳動軸失衡，拆檢情況與PMS數據分析狀況一致。

圖4　軸承外圈滾道磨損

圖5　軸承球滾動體碎裂

圖6　滾動體芯部材質不同

2.4故障原因分析

水泵運轉過程中，軸承起著支承與傳遞載荷、保證運動及定位精度等多種基本功能，要滿足這些功能，很大程度上取決于滾動體，試驗證明，對軸承疲勞壽命的影響，滾動體排在軸承零件的第2位；對軸承振動或噪聲的影響，滾動體排在軸承零件的第l位，軸承的異常聲，以滾動體的表面劃傷、磕碰傷影響最大[2]。

軸承內外圈滾道和滾動體在很高的接觸應力作用下進行相對滾動，軸承鋼的純潔度對軸承性能影響很大，為避免軸承早期疲勞破壞，軸承鋼大都采用真空脫氣冶煉方法，減少非金屬夾雜物含量，以提高接觸疲勞壽命。

在安裝、潤滑、維護良好的條件下，滾動軸承的正常失效形式是滾動體或內外圈滾道上的點蝕破壞，是由于大量重復地承受變化的接觸應力造成。對于24 h連續工作的水泵，軸承的預期計算壽命為100 000～200 000 h[3]。但P104泵軸承在運行了24 000 h后，軸承外圈滾道和滾動體已發生點蝕磨損，表明軸承已發生了早期疲勞破壞；碎裂滾動體芯部存在材質不一的狀況，說明制造滾動體的材質純潔度不佳。

由以上分析可得出：P104泵軸承因鋼材真空脫氣不徹底，造成滾動體芯部存在非金屬夾雜物，因線膨脹因子的差異，在運轉溫度發生變化和交變接觸應力作用下，滾動體內金屬與非金屬界面產生裂紋，在滾動體與軸承外圈接觸時，造成固定外圈承受不穩定的脈動循環載荷，外圈滾道與部分滾動體表面發生點蝕磨損；滾動體內部裂紋在高頻次的摩擦碰撞作用下延伸，直至滾動體碎裂，導致軸承振動值出現突升，聯軸器對中發生嚴重偏離。

因此，軸承滾動體質量不佳是引起P104循環水泵軸承振動值突升的主要原因。由于PMS狀態監測系統的使用，使軸承在早期異常損壞時得以及時發現，避免了機泵零件的惡性損壞而造成更大損失。

3故障處理

針對以上分析結果，對P104泵采取了更換前后軸承、精準對中等檢修措施，安裝前對軸承備件質量進行了外觀及轉動平穩性檢查，并反饋供應商以提高備件的入庫質量。檢修后P104泵振動值明顯下降，監測數據如表2，水泵運行狀態十分平穩。

表2　P104泵維修后振動數據　mm/s

為加強運行機泵的狀態監測工作，車間制定了設備員、操作工、運保人員三級監測體系，并由專人定期分析監測數據，及時發現異常，不斷提高機泵預知檢修的比例。

4結語

通過對P104循環水泵運行中突發的異?，F象，運用PMS狀態監測數據分析，及時發現了軸承的早期異常損壞，避免了重大事故的發生，為離心泵振動狀態監測系統的推廣提供了實例。

參考文獻

[1]中國石油化工集團.石油化工設備維護檢修規程第1冊.[M].北京：中國石化出版社，2013：352.

[2]楊曉蔚，伍海云.滾動軸承對滾動體的技術要求[J].軸承，2010(8)：57-61.

[3]濮良貴主編.機械零件[M].北京：高等教育出版社,1982:295.

國內外行業發展動態

Application of State Monitoring Technology in Centrifugal Pump

Gu Yi

(ChemicalDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.，Shanghai200540)

ABSTRACT

Keywords：state monitoring,centrifugal pump,bearing,causes of failure

收稿日期：2015-12-06。

作者簡介：顧翼，男，1970年出生，1991年畢業于上海石油化工?？茖W?；ぴO備與機械制造專業，2003年畢業于華東理工大學(夜大)機械設計制造及其自動化專業(工學士)，工程師，長期從事化工設備管理工作。

文章編號：1674-1099(2016)02-0055-03中圖分類號：TP277

文獻標識碼：A

With application of the pump state monitoring technology for analysis of sudden failure of centrifugal pump,the early stage abnormal damage of bearing was detected,and the pump failure caused by poor quality of rolling bearings was eliminated so as to avoid the malignant damage of pump parts,which provided application examples for popularization of pump vibration states monitoring system.