立式多級離心泵故障診斷及分析處理

黎曉勇，梁春育，陳文忠

（新疆獨山子石化設備檢修公司煉油鉗工車間，新疆獨山子 833699）

0 引言

煉油廠銷售球罐裝置P-2/1為立式筒袋泵，所打介質為液化氣。在運行中出現振動超標數值，并在泵體下端伴隨異常響聲。解體發現，泵體首級葉輪口環和殼體口環嚴重磨損，并有數道深度（0.5～1.5）mm左右溝槽，轉子上端的平衡鼓磨損間隙最大處達1.2 mm（按技術要求為≤0.4 mm）。球罐裝置中其他立式筒袋泵均出現過類似問題，無法保證長周期運行。

1 泵體參數及示意圖

泵型號 TTMC50(A)-5，轉速 2980 r/min，軸承型號7214BDB，葉輪級數5級。泵結構和測點分布見圖1

2 故障現象及診斷分析

2.1 故障現象

泵電機功率35 kW，依據ISO 2372—1974標準，其振動速度有效值報警值在（2.8～4.5）mm/s，目前，該泵的速度值已經達到4.1 mm/s和 2.8 mm/s，屬于報警階段，一般來說，在1～3個月或更短的時間內，振動總量值變化30%～50%，通常說明機械發生故障。現在（僅一周時間）最大增幅為246%，可見故障蔓延迅速、程度嚴重。

2.2 故障性質分析

2.1.1 故障所反映的振動特性

圖1 P-2/1泵

分析頻譜圖中摩擦故障所反映的特性。當旋轉體與靜止件相接觸時，轉子摩擦產生與機械松動類似的頻譜，一般在1/2工頻區；當旋轉體中有局部摩擦或整圈摩擦時，會產生許多頻率，往往會激起一個或幾個共振，有較多的亞諧波倍頻（0.25×，0.5×，1×，1.5×，2×，2.5×等），如圖2所示。這與轉子的自然頻率的位置有關；如有間隙過大的滑動軸承支撐的系統中存在不平衡或不對中則會引起很大的振動。

圖2 典型的摩擦頻譜

2.2.2 故障信號的診斷及分析

通過對該泵頻譜分析，如圖3和圖4所示，發現在0.5×，1×，1.5×，2×，2.5×，3×等都與典型摩擦特征的故障頻譜圖相吻合；在（2000～2800）Hz高頻處出現寬頻帶，并在 2309.375 Hz，2415.625 Hz，2443.75 Hz，2515.625 Hz等相應位置出現故障頻率的倍頻，在其他徑向頻譜圖中也存在類似的現象。

從圖5可見波形呈“熱帶魚”形狀，能量沖擊較大，達到10.75 mm/s2。所以推斷泵轉子存在較為嚴重的徑向摩擦故障。可得出，該泵由于轉子和定子存在摩擦，導致泵體發出振動和異響。

3 故障原因分析

圖3 1V頻譜圖

圖4 2V頻譜圖

圖5 1V波形圖

在分析了泵的故障性質后，認為轉子和定子發生摩擦碰撞主要與首級葉輪材料有關。經現場調查和分析發現，泵長期存在不能長周期運行的情況，最近一次運行周期僅7 d（按照規定該類泵大修周期為18個月）。解體檢查中發現，葉輪口環磨損間隙由上至下逐漸增大（0.8～2.5）mm，標準裝配間隙（0.5～0.6）mm。根據立式多級泵的運行特點可知，底端首級葉輪和口環起到滑動軸承的作用，主要承受徑向沖擊力。那么，就把問題的根源放在了首級葉輪和口環上，口環材料為磷青銅，自潤滑性較好。按API 610標準C-6規定，口環材料選用原則是低于葉輪50個硬度，經查詢驗證符合要求。并且磷青銅作為泵的口環被廣泛應用。最后將故障鎖定在首級葉輪材料上，查找泵的出廠資料發現原始設計的葉輪口環材料為SS304不銹鋼，而現場拆檢的首級葉輪材料為普通碳鋼，最終查到了原因為首級葉輪表面耐磨性達不到現場要求所致。反復和廠家溝通，得知廠家將該泵所輸介質液化氣誤認為是水，所以將材料降級處理。經廠家建議，可將普通碳鋼的葉輪表面鍍鉻處理。圖6是磨合實驗過程中的摩擦因數變化曲線。可見，鍍鉻層摩擦因數在0.55左右波動，而SS不銹鋼摩擦因數在1.064左右波動。表明鍍鉻層的耐磨性能優于碳鋼層。所以采取廠家建議葉輪磨損面磨加工到（0.8～1.6）Ra，根據標準鍍硬鉻0.08 mm，最后磨加工到（0.8～1.6）Ra。如圖7和圖8所示，鍍鉻的首級葉輪表面比鍍鉻前光潔度較高，符合要求，可以裝配使用。

圖6 摩擦因數隨時間變化的曲線

4 故障維修及運行驗證

拆卸平衡鼓組件、葉輪和葉輪口環，發現平衡轂組件、葉輪和葉輪口環磨損嚴重，各級葉輪口環間隙最大達到2.5 mm，屬于嚴重超標，軸上各關鍵部位的測點跳動量符合要求，說明軸沒有發生彎曲變形。更換新的平衡轂組件和對磨損的口環重新鑲套（口環和葉輪間隙以0.6 mm為標準）處理后，安裝廠家鍍鉻的葉輪，整體按照順序回裝。

試運行2個多月表明，（圖 9、圖 10）泵體振動情況良好并趨于穩定，1H速度值由3.738 mm/s降至0.998 mm/s和2H速度值由3.5 mm/s降至0.701 mm/s，泵體各部位振動值下降至正常水平，反映出對P-2/1泵故障的診斷和處理情況是正確的。

圖7 普通碳鋼首級葉輪

圖8 鍍鉻首級葉輪

圖9 1H振動趨勢

圖10 2H振動趨勢

5 結論

P-2/1泵振動和異常響聲是由轉子和定子發生摩擦所引起的撞擊故障所致，間接因素和葉輪表面的抗耐摩性強弱有關。這也說明在機械維修時，一定要認真仔細，杜絕人為失誤導致的故障。

［1］吳偉文，多級離心泵故障診斷及分析［J］，中國設備工程，2005（4）：46-48.

［2］張書等，鍍鉻層干摩擦狀態下磨損特征的研究［J］，潤滑與密封，2010（11）：67-70.