出水閥維修引起大型立式機組振動的故障分析

朱麗紅

（廈門水務集團有限公司，福建廈門 361007）

0 引言

江東原水泵站有6 臺立式單級雙吸離心泵機組，采用雙基礎安裝，電機層布置6 臺立式電機，水泵層相應配置6 臺立式水泵。機組額定功率1600 kW，轉速980 r/min，流量1.38 m3/s，揚程86 m，采用變頻運行模式。電機底座與水泵底座之間垂直高度為4165 mm，中間傳動軸是一根長為3874 mm、直徑為270 mm 的中空軸。水泵的進水管和出水管的口徑均為DN1000。水泵進水管路上依次安裝電動閘閥、傳力伸縮節；水泵出水管路上依次安裝傳力伸縮節、重錘式液控蝶閥、流量計、傳力伸縮節和電動閘閥。整個機組、樓板與進出水管路的布置如圖1 所示。

圖1 機組、樓板與進出水管路系統

立式機組由三大部分組成：電機、傳動軸、水泵。三者之間為聯軸器連接，機組電機與傳動軸為剛性連接，傳動軸與水泵連接為彈性連接；立式離心泵機組結構和安裝示意如圖2 所示。

圖2 立式離心泵機組安裝示意

1 故障情況

原水泵站運行人員在日常運行中發現機組在開停機時出現水泵反轉，經排查發現是由于機組的出水液控蝶閥開關閥時閥板跑位，導致液控蝶閥無法完全關閉，站內立即對液控蝶閥進行維修，復位后，液控蝶閥工作正常。試機時水泵起初運轉狀態良好，但約2 h 后，機組出現電機運行聲音異常、振動大，立即停機。

2 故障檢測

2.1 振動數據檢測

專業技術員對機組進行振動檢測，并且與閥門檢修前的振動數據進行比較，液控蝶閥檢修前后的電機上軸承端振動數據比較見表1，發現機組振幅、振速上升，特別是電機上軸承端較為明顯，振動較大，有明顯異常聲響，不像是軸承發出。在對機組進行更換軸承潤滑油后，剛開機電機上軸承的振速為2～3 mm/s，運行1 h 后電機振動數據又上升。同時水泵上軸承振動數據也隨之上升，水平進出水方向的振速從0.68 mm/s 上升到1.18 mm/s，垂直于進出水方向的振速從0.71 mm/s 上升到2.29 mm/s，軸向振速從0.49 mm/s 上升到0.91 mm/s。

表1 液控蝶閥檢修前后的電機上軸承端振動數據

2.2 故障原因分析

大型立式離心泵機組振動的原因通常主要有3 個方面：①機械原因引起的振動，如不平衡、連接不良、接觸不良、內部摩擦、軸承因素及基礎因素等；②液體原因引起的振動，如液體脈動、汽蝕、葉片數、葉片形狀不同等；③電氣原因引起的振動，如負荷不平衡、磁通量不平衡、電源高次諧波、倍頻振動、轉差率等。針對江東泵站離心泵的實際情況，進行電機空載運行測試，聲音和振動均正常，電機空載振動數據見表2，說明電機不是故障點，因此基本可以排除電氣原因引起的振動；該型號機組有2 臺，且為同一批產品，進出水流道相同，水流狀態相同，但另一臺機組振動良好，因此液體引起的振動也可以排除，所以此次引起機組振動的原因基本上可以確定為機械原因。

表2 電機空載振動數據

從頻譜分析，機組運行轉速約730 r/min，基頻12.1 Hz，頻譜圖中徑向主要振動成分為25 Hz，為二倍頻，幅值達8.24 mm/s，初步判斷機組軸系不對中或傳動軸彎曲變形，基于機組傳動軸中空結構形式，其剛度較大，不易變形，排除軸彎曲的可能。

2.3 故障查找

維修人員在拆卸水泵聯軸器后，發現傳動軸下法蘭盤與水泵聯軸器內置八角襯套產生摩擦，縫隙幾乎為0，這與圖紙要求的距離間隙值5.5±0.5 mm 相差較大，傳動軸與水泵聯軸器的距離間隙要求如圖3 所示。這就是引起機組振動偏大的主要原因，傳動軸與水泵聯軸器端面之間的間隙為0，且接觸面不均勻，有的甚至出現負間隙產生軸向振動，最終致使電機轉子往上頂，造成徑向不平衡。

圖3 傳動軸與水泵聯軸器的間距

3 故障處理

3.1 維修過程

經討論分析，初步擬定解決方案。首先校正機組，檢查電機、傳動軸和水泵的聯結部分，再把水泵復位，逐步調整機組同軸度，監測機組振動數據，將數據降至1～2 mm/s。

（1）水泵偏移復位。首先松脫伸縮器外圈讓水泵自由復位，若無太大的位移量，再擰緊鄰邊螺絲推動水泵，邊操作邊在水泵出水口固定千分表測量。經過以上調整，水泵左右兩邊分別向進水口移動0.08 mm 和0.15 mm，整臺水泵有扭轉趨勢，水泵在無約束力狀態下基本復位，斷定水泵機座出現彈性變形或剛性變形。

（2）校正軸系。拆卸配重盤，直接連接電機軸與傳動軸，進行電機傳動軸與水泵軸系的校正。首先現場測量，傳動軸長度3873 mm，配重盤厚度36.50 mm，與圖紙所示尺寸相同，傳動軸結構尺寸具體如圖4 所示。現場電機軸下端與水泵軸上端的間距δ=3873+36.50=3909.50 mm，而圖紙要求的安裝尺寸為3915 mm，證實5.5 mm 的間隙已不存在。

圖4 傳動軸結構尺寸

檢測水泵軸與傳動軸在水平方向、垂直方向和開口偏差，都有存在不同程度的偏移，機組校正前后的同軸度見表3，表3 中的校正前數據，均超出安裝標準。

表3 機組校正前后的同軸度

（3）加工配重盤。對配重盤進行微量切削，以騰出傳動軸與水泵軸的間隙，并通過調整傳力伸縮節的傳力螺栓，水平移動水泵和電機，逐步調整機組同軸度，重新打表測量。根據圖紙數據要求，徑向允許偏差0.61 mm，軸向允許偏差0.51 mm，校正后機組同軸度均已符合要求，機組校正前后的同軸度見表3。

（4）帶負載試機。試機前檢查電機軸與聯軸器端面是平齊的；傳動軸與水泵軸間隙為0.50～0.70 mm；水泵聯軸器內八角襯套下端面與下端蓋間的距離為4 mm；機組帶負載試機振動數據見表4，根據振動烈度標準ISO 2372—1974 可以判定，機組運行處于優秀區。

表4 機組帶負載振動數據

3.2 經驗教訓總結

維修后，立式機組無論在低速、中速或高速，機組運行整體情況，包括振動、溫升以及軸承狀態都良好，且整體運行趨勢較為平穩，以此判斷水泵機座變形量沒有變大趨勢，根據日常觀察，傳動軸與水泵軸間隙也無變小，沒有再次產生摩擦、引起軸向振動。可以判定機組之前出現電機運行聲音異常、振動大的故障，主要原因是維修液控蝶閥時，液控蝶閥和伸縮節間的連接沒有完全脫離，出水管道上伸縮節螺栓在緊固過程中力度過大，導致進出口管路與泵連接時產生大的內應力，引起水泵機座偏移，且在恢復安裝中沒考慮水泵復位問題，引起水泵跑位而發生機座彈性變形，造成傳動軸與水泵的間隙縮小甚至變無。因此，今后在對大型立式機組進出水管路的設備進行維修維護時，提出如下建議：

（1）維修設備或管配件需與水泵脫離連接。

（2）維修安裝中需注意水泵的移位情況，并根據傳動軸與水泵之間的間隙進行相應的調整。

4 結束語

大型雙基礎的立式離心泵機組有區別于立式離心泵機組，增加了雙層基礎、中間傳動軸等結構，因此振動原因也較復雜。在發現機組振動異常時要先了解故障發生前后的設備狀態及周邊情況，然后按照檢測流程逐一排查，其中要多次和設備廠家咨詢探討，查閱設備資料，直到找出問題癥結所在。對于一些特殊故障，用常規方法不能解決時，要大膽分析判斷可能產生故障的其他原因，這樣能快速解決問題，減少損失。