柴油泵振動故障診斷及改造

文/孫克盛

柴油泵振動故障診斷及改造

文/孫克盛

利用頻譜分析技術實現預知性維護——某石化廠柴油泵在試運行時振動大，振動烈度在C區，不能滿足設備長期安全穩定運行的要求，利用頻譜儀測試分析了泵振動超標的原因。通過對葉輪和泵體喉部的改造，泵的振動烈度有了大幅度的下降，改造后泵的振動烈度達到了B級水平，滿足設備安全穩定運行的要求。

近年來，越來越多的大型旋轉機械被應用到煉化企業的生產當中，旋轉機械的狀態監測與故障診斷技術保障了這些機組設備的正常運轉，因此振動狀態監測技術得到了重視和應用。當機械非正常運轉時，通過對振動信號的分析和處理，能夠確定其產生的原因。在機械設備維修中，采用頻譜分析法對設備故障進行分析和診斷，可有效指導設備檢修，節約檢修費用，避免非計劃停車，實現計劃檢修，提升設備管理水平。

柴油泵的結構為OH2型。泵出廠時性能參數如表1所示。

表1 OH2型柴油出廠性能參數

圖1 泵結構圖

該泵自試運行以來，整機振動較大，若振動降不下來，會嚴重影響整個裝置的順利投產。現場采集到的頻譜數據如下：

從采集到的振動數據來看，該泵長期運行于C區，應該采取相應補救措施，以保證裝置的安全平穩運行。

根據中華人民共和國國家標準GB/T 29531-2013《泵的振動測量與評價方法》中規定，泵按照中心高及泵的轉速分為四大類。將振動烈度等級分為四等，分別為A、B、C、D四個級別, D級為不合格狀態。該柴油泵為II類設備，B級的振動烈度應該為2.8 mm/ s以下，該泵試運行時，最大振動烈度達到4.89 mm/ s,評定為C級，屬于不良運行狀態。

原因分析

從以上頻譜圖中可以看出振動峰值在200Hz時的峰值最高。泵轉速為2 950 r/min，200 Hz屬于4倍頻，葉輪的葉片數為4片，4倍頻是葉輪的葉片通過頻率，跟葉輪的水力匹配度有關系；一倍頻大多是因為轉子不平衡，它與軸和葉輪的動、靜平衡有關系。

圖2 泵改造前非驅端頻譜圖

圖3 泵改造后非驅端的頻譜圖

該泵的葉輪為四葉片，泵體雙渦殼，在運行過程中產生擾動，在葉片與蝸殼喉部位置產生激振，表現出葉片數的整數倍頻，當激振頻率與系統的固有頻率一致時，就會產生共振，使得振動值劇增。

泵的軸承體強度不足，軸承懸臂比偏大，當懸臂比偏大時，在泵運行過程中，由于軸的繞性大，對泵振動產生影響。

改造方案

通過改變葉輪水力來降低振動

通過改變葉輪葉片數及吸入性能減小葉輪與蝸殼的耦合。采用的措施如下：

● 增大進口安放角，減少葉片的彎曲，增大葉片進口過流面積，減少葉片的排擠。

● 減小葉片的包角，為了保證葉輪在切割后仍能保證較大的性能，故在包角優先范圍內選擇較小的葉片包角。

● 減小葉片寬度，泵的高效點偏大流量點，在設計新葉輪時將葉片寬度由35 mm降為28 mm，這樣高效點就會往小流量偏移，葉輪運行在高效點時泵的振動最小。

● 將葉片數由4片改為5片，增大了葉輪的揚程系數。

從圖3可以看出，泵的振動烈度有了大幅度的下降，振動烈度的測量值只有1.3 mm/s,達到了B級振動水平，能夠長時間安全穩定運行，說明改造方法可行。

通過改變懸臂比來降低振動

在不影響安裝空間的條件下增大了軸承跨距，由原來的146 mm增大到170 mm，使懸臂比由原先的1.53減小到1.32，同時增大了軸承箱體的壁厚及連接強度，提高了軸承體的強度、剛度及穩定性。

結語

柴油泵工藝系統復雜，連續穩定生產要求高，這次利用頻譜分析對存在缺陷進行分析及改進，成功消振，不僅提升了設備可靠運行，還體現了故障診斷技術對轉動設備安全運行的重要性。利用頻譜分析監測峰值能量技術，時刻關注其峰值能量的發展趨勢，可以發現振動的早期故障征兆，避免突發事故，及時準確地診斷設備故障，實現預知性維修，優化設備運行，保障裝置安全生產。

本文作者供職于合肥華升泵閥股份有限公司。