離心泵振動(dòng)故障診斷方法研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

梁宇哲 趙芳 陳梓源

摘 要：近年來(lái)，機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到了較大的發(fā)展，在國(guó)民生產(chǎn)中起到了重大的作用。由于機(jī)械系統(tǒng)工作過(guò)程是復(fù)雜的，有很多故障是來(lái)自多種影響因素，對(duì)其實(shí)施故障診斷比較困難，盡管人們已對(duì)其開(kāi)展了不少研究并取得了一些研究成果，但在企業(yè)中的應(yīng)用還不是很普遍。本文就離心泵振動(dòng)故障診斷方法研究及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：離心泵；振動(dòng)故障；診斷措施

引言

離心泵工作室，其高速旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片將帶動(dòng)水轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷的將水甩出，達(dá)到輸送的目的。正是由于離心泵的重要性，其一旦產(chǎn)生故障，輕者造成設(shè)備性能的弱化，重者將造成災(zāi)難性的后果。

一、振動(dòng)原因分析

引起機(jī)泵振動(dòng)的原因很多，一般情況下離心泵的振動(dòng)有機(jī)械原因，還有水力學(xué)方面的原因。各種原因產(chǎn)生的振動(dòng)，其振動(dòng)特點(diǎn)不同，對(duì)分析振動(dòng)和采取消除振動(dòng)的措施非常重要。應(yīng)當(dāng)分清主次，有步驟地逐個(gè)排除次要原因，找出主要原因，并根據(jù)情況做出相應(yīng)處理。

1.1機(jī)械原因產(chǎn)生的振動(dòng)

在機(jī)械原因產(chǎn)生的振動(dòng)中，轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是其中最常見(jiàn)的原因之一。另外機(jī)組中心不正、聯(lián)軸器不對(duì)正、支撐部件缺陷、潤(rùn)滑不正常等原因都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

（1）由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均勻所引起的振動(dòng)，其特點(diǎn)是在兩軸承處發(fā)生較大振動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升接近額定值時(shí)，振幅增加很快。離心泵的葉輪或軸等轉(zhuǎn)動(dòng)零件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于磨損和腐蝕以及局部損壞或異物堵塞等原因，均可造成轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡，在旋轉(zhuǎn)時(shí)由此而引起振動(dòng)，甚至是破壞性的振動(dòng)，其振動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)速一致，而振幅與負(fù)荷、吸入壓頭大小無(wú)關(guān)，僅隨轉(zhuǎn)速變化而變化。在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的振動(dòng)中，是最常見(jiàn)的。當(dāng)泵檢修后，特別是更換轉(zhuǎn)動(dòng)部件以后，要重新做動(dòng)平衡試驗(yàn)，進(jìn)行校正，達(dá)到平衡才能消除振動(dòng)。

（2）當(dāng)機(jī)組中心不正時(shí)，振動(dòng)隨負(fù)荷增加而加劇，有時(shí)還會(huì)發(fā)生突然的變化。中心不正的原因很多，諸如機(jī)械加工質(zhì)量不好；安裝找正不好；在吸、壓水管上承受過(guò)載負(fù)荷；軸承磨損或前后軸瓦不同心都會(huì)引起泵的振動(dòng)。此時(shí)不能用配重方法，如用配重方法則加大振動(dòng)。

（3）聯(lián)軸器不對(duì)正引起的振動(dòng)。在泵的安裝過(guò)程中，如聯(lián)軸器不同心、聯(lián)軸器對(duì)輪的螺栓配合不良、結(jié)合面的平行度達(dá)不到要求（機(jī)械加工精度差或安裝不合格）或者由于找正不準(zhǔn)確，原動(dòng)機(jī)軸和離心泵軸不在一條直線上，當(dāng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)必然引起振動(dòng)。可能泵開(kāi)始時(shí)不振動(dòng)，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，地腳螺栓松動(dòng)墊板移位或基礎(chǔ)下沉等原因，使泵中心偏移也會(huì)引起振動(dòng)。如果電機(jī)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)不振動(dòng)，而把聯(lián)軸器接上去就出現(xiàn)振動(dòng)的話，首先應(yīng)懷疑定心不良。對(duì)于輸送高溫液體的泵，由于熱膨脹使原動(dòng)機(jī)一側(cè)的聯(lián)軸器在運(yùn)轉(zhuǎn)中搖動(dòng)，或者由于泵的聯(lián)接管路的重量、熱膨脹、聯(lián)接法蘭不對(duì)中心，使泵與原動(dòng)機(jī)的對(duì)中變動(dòng)，也必然引起泵的振動(dòng)。法蘭型彈性聯(lián)軸器的橡皮圈配合不均勻，也會(huì)產(chǎn)生性質(zhì)完全相同的結(jié)果。

（4）當(dāng)支撐部件有缺陷（如基礎(chǔ)剛性不夠、緊固件松動(dòng)）時(shí)，振動(dòng)在空負(fù)荷時(shí)就發(fā)生，而且振幅不穩(wěn)定。這是由于管路支撐不牢，支架不穩(wěn)引起振顫。泵的地腳不平穩(wěn)，基礎(chǔ)不堅(jiān)固造成泵機(jī)開(kāi)動(dòng)時(shí)機(jī)身振動(dòng)搖晃，或者由于基礎(chǔ)太輕安裝不牢固，當(dāng)泵自身的振動(dòng)和基礎(chǔ)的振動(dòng)頻率一致時(shí)，引起共振，形成很強(qiáng)的振動(dòng)。這種情況只有增大基礎(chǔ)的重量和牢固性才能消除共振。如果軸向振動(dòng)不是由于質(zhì)量不均勻所致，則這種振動(dòng)是由前軸承座剛度下降所造成。

（5）潤(rùn)滑不正常。軸承間隙大，油膜被破壞時(shí)振動(dòng)值隨運(yùn)轉(zhuǎn)情況的改變而變化，而且振動(dòng)時(shí)機(jī)件有不正常的抖動(dòng)與響聲。

1.2水力學(xué)原因產(chǎn)生的振動(dòng)

（1）汽蝕現(xiàn)象。當(dāng)葉輪吸進(jìn)的液體有氣泡時(shí)，在葉輪離心力的作用下，由于壓力突然增高使氣泡驟然液化，葉輪產(chǎn)生振動(dòng)并造成噪音。汽蝕主要發(fā)生在大流量工況下，汽蝕引起泵體劇烈振動(dòng)，并隨之發(fā)生噪音。

（2）低于最小流量時(shí)發(fā)生的振動(dòng)。離心泵在低于設(shè)計(jì)最小流量下運(yùn)行時(shí)，將會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定工況，流量忽大忽小，壓力忽高忽低，不斷發(fā)生相當(dāng)激烈的波動(dòng)并導(dǎo)致管路的劇烈振動(dòng)，隨之發(fā)出喘氣一樣的噪音，這時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重后果。離心泵在低于最小流量下運(yùn)行，液體要發(fā)生汽化。鑒于上述情況，離心泵在運(yùn)行時(shí)不應(yīng)低于所規(guī)定的最小流量。通常輸油泵的最小流量應(yīng)在額定流量的20%以上。

二、離心泵的故障評(píng)定方法

離心泵很多故障都會(huì)引起機(jī)械的振動(dòng)，有統(tǒng)計(jì)表明，由振動(dòng)導(dǎo)致的機(jī)械故障率高達(dá)70%。一方面我們必須對(duì)此加以重視，防治振動(dòng)損害的產(chǎn)生。另一方面我們也可以根據(jù)振動(dòng)信號(hào)，加以整理和分析，從而對(duì)機(jī)械設(shè)備故障有個(gè)清晰的了解。這就是振動(dòng)分析法，這也是目前使用頻率最高、也最常見(jiàn)的分析方法，特別是針對(duì)上述故障中的轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、不對(duì)中等問(wèn)題更是具有很高的應(yīng)用價(jià)值。其作業(yè)原理如下：首先，要搜集離心泵運(yùn)行中相關(guān)數(shù)據(jù)情況，例如工作參數(shù)、運(yùn)行時(shí)間、故障歷史以及以往的檢修狀況。然后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，獲得基本信息。再對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行變換和分析，將噪音部分去掉，整理出有用的信息，分析出運(yùn)行狀況，再結(jié)合信號(hào)特征、故障機(jī)理及歷史運(yùn)行情況對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，分析故障原因、部位及發(fā)展趨勢(shì)，最后提出診斷結(jié)論及操作、維修建議。這個(gè)過(guò)程中最重要也是最困難的一部分就是對(duì)振動(dòng)信號(hào)的識(shí)別和分析，只有有效的對(duì)信號(hào)進(jìn)行捕捉和分析，才能準(zhǔn)確、全面、及時(shí)地掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和質(zhì)量狀況。

三、預(yù)防振動(dòng)的措施

預(yù)防離心泵發(fā)生振動(dòng)，除了在泵的設(shè)計(jì)、安裝、管路施工、試車等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制外，維修人員應(yīng)當(dāng)從以下幾方面考慮：對(duì)轉(zhuǎn)子做靜平衡實(shí)驗(yàn)，有條件時(shí)要做動(dòng)平衡試驗(yàn)，使轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)處于平衡狀態(tài)；計(jì)算離心泵的臨界轉(zhuǎn)數(shù)，運(yùn)行時(shí)要避開(kāi)泵的臨界轉(zhuǎn)數(shù)；長(zhǎng)輸管道應(yīng)盡量利用正壓進(jìn)泵，避免泵產(chǎn)生汽蝕；安裝時(shí)要考慮管路熱膨脹對(duì)泵的不良影響，必要時(shí)管道可裝熱補(bǔ)償器消除熱應(yīng)力；泵的基礎(chǔ)要有足夠的穩(wěn)定性，以免發(fā)生整體共振；地腳螺栓要牢固；應(yīng)經(jīng)常檢查泵軸是否彎曲、葉輪是否有腐蝕或堵塞、軸承的間隙是否合適、潤(rùn)滑是否充足；要檢查電機(jī)和泵的聯(lián)軸器是否同軸，不同軸要進(jìn)行調(diào)整。維修人員要定期檢測(cè)泵的振動(dòng)情況，做好記錄，進(jìn)行分析，安排處理。

運(yùn)行人員要按時(shí)進(jìn)行巡檢，通過(guò)“望、聞、問(wèn)、切”檢查輸油泵運(yùn)行中振動(dòng)是否有變化，有無(wú)異響；軸瓦是否缺油、超溫；機(jī)組固定螺栓有無(wú)松動(dòng)情況，特別是聯(lián)軸器部位的螺栓、螺母、彈性膠圈、彈性膜片有無(wú)損壞；平衡管是否發(fā)熱；各密封點(diǎn)有無(wú)滲漏；停運(yùn)的泵要堅(jiān)持盤(pán)車；運(yùn)行中一旦發(fā)現(xiàn)振動(dòng)和聲音異常，要及時(shí)處理，必要時(shí)可采取緊急停泵措施，把故障消滅在萌芽狀態(tài)。

四、結(jié)束語(yǔ)

總之，離心泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件眾多，在其運(yùn)行過(guò)程中容易產(chǎn)生各種故障，有的故障突發(fā)性的，有的是隨機(jī)性的。有時(shí)同時(shí)出現(xiàn)集中故障。針對(duì)此情形，需要我們不斷加強(qiáng)對(duì)離心泵故障產(chǎn)生與診斷的研究，利用新興的電子技術(shù)，對(duì)故障機(jī)理和特征做更深入的研究，從而不斷找出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，在此過(guò)程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，從而提高離心泵的運(yùn)行效果，為企業(yè)生產(chǎn)保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

[1]侯志廣.離心泵故障診斷及實(shí)例分析[J].冶金動(dòng)力，2014（11）：58-61+64.

[2]萬(wàn)鶴鳴.離心泵振動(dòng)原因分析和解決方案[J].化工管理，2014（08）：157.

（作者單位：沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)核電泵業(yè)有限公司）