除鹽水廠反滲透高壓泵振動分析和診斷

付江永，劉明利

（山東核電有限公司，山東 煙臺 265116）

0 引言

某電站除鹽水廠配備兩臺反滲透高壓泵，為反滲透膜件提供動力，泵額定出力160 t／h，出口揚程為120 m，電機功率90 kW，為變頻電機；泵支撐為懸臂式支撐，葉輪數(shù)為5 片。維修部在對兩臺反滲透高壓泵進行預(yù)防性維修后，振動測量發(fā)現(xiàn)兩臺反滲透高壓泵驅(qū)動端垂直方向振動超標，分別達到5.6 mm／s、6.2 mm／s，超過GB／T 29531《泵的振動測量和評價》所要求的2.8 mm／s。

振動是評價水泵設(shè)備運行可靠性的一個重要指標，一旦發(fā)生異常振動，將直接影響水泵的安全運行，表現(xiàn)為會引發(fā)電機和管路的振動造成軸承等零部件的損壞和連接部件松動，嚴重時會使某些部件變形，甚至有斷裂的危險。因此，必須對給水泵設(shè)備運行中出現(xiàn)的振動異常問題予以高度重視，尋找振動異常的原因，進而采取必要的解決對策。

1 振動測量及分析

對反滲透高壓泵A、B 進行振動測量，選擇測點如圖1 所示。在轉(zhuǎn)速為2 350 r／min 時，對反滲透高壓泵A 進行振動測量，測量結(jié)果如表1 所示；在轉(zhuǎn)速為2 388 r／min 時，對反滲透高壓泵B 進行振動測量，測量結(jié)果表2 所示。

圖1 振動測點示意圖

表1 反滲透高壓泵A 在轉(zhuǎn)速為2 350 r／min 時測量結(jié)果單位：mm／s

表2 反滲透高壓泵B 轉(zhuǎn)速為2 388 r／min 時測量結(jié)果單位：mm／s

2 振動診斷

2.1 反滲透高壓泵頻譜分析

由表1-2 可知，反滲透高壓泵A、B 驅(qū)動端垂直方向（P1V）點的振動值分別達6.28 mm／s、5.66 mm／s，非驅(qū)動端振動值也達到了3.46 mm／s、3.37 mm／s，超過振動標準2.8 mm／s。因此采用CSI2140 振動分析儀表對反滲透高壓泵A、B 進行頻譜分析，

轉(zhuǎn)速在2 355 r／min 時的反滲透高壓泵A 振動頻譜如圖2-3 所示。

圖2 反滲透高壓泵A 驅(qū)動端垂直方向頻譜

圖3 反滲透高壓泵A 非驅(qū)動端垂直方向頻譜

轉(zhuǎn)速為2 388 r／min 時，反滲透高壓泵B 振動頻譜如圖4-5 所示。

圖4 泵驅(qū)動端垂直方向（P1V）頻譜

從頻譜圖上可以看出，反滲透高壓泵A 與反滲透高壓泵B 頻譜特性基本一致，A 泵主要振動頻率成分為195.9 Hz，B 泵的主要振動頻率成分為199.5 Hz，經(jīng)過計算，主要振動頻率為轉(zhuǎn)速頻率的5 倍，為葉片通過頻率。隨后對泵端基礎(chǔ)、泵入口管道垂直方向做振動頻譜分析，發(fā)現(xiàn)都存在此振動頻率。

圖5 泵非驅(qū)動端垂直方向（P2V）頻譜

導(dǎo)致葉片通過頻率較高的原因包括葉輪在機殼中偏心，汽蝕、支撐剛度不足、結(jié)構(gòu)共振等原因，經(jīng)過查看檢修記錄，排除葉輪偏心故障。泵在運行過程中未出現(xiàn)劇烈噪聲，頻譜中僅僅存在5 倍的葉片通過頻率，且僅垂直方向振動大，水平方向振動較小，基于以上特點判斷發(fā)生汽蝕的可能性不大。因此泵驅(qū)動端垂直方向振動大的主要原因初步診斷為支撐剛度不足、結(jié)構(gòu)共振［1］。

2.2 固有頻率測量

為了進一步確認診斷結(jié)果，在反滲透高壓泵A停運后，對反滲透高壓泵A 進行了固有頻率進行測試，測試結(jié)果如圖6 所示。

圖6 泵驅(qū)動端垂直方向固有頻率測試結(jié)果

經(jīng)過測量，反滲透高壓泵A 驅(qū)動端垂直方向的固有頻率為189.5 Hz，轉(zhuǎn)速在2 350 r／min 時，葉片通過頻率為195.9 Hz，這兩個頻率相差不大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)共振。同樣對反滲透高壓泵B 進行固有頻率測試，其固有頻率為193 Hz，此頻率與葉片通過頻率199 Hz也較為接近，固有頻率測量說明結(jié)構(gòu)共振可能是引起泵振動超標的主要原因。

2.3 轉(zhuǎn)速試驗

由于反滲透高壓泵為變頻電機驅(qū)動，可通過調(diào)整電源頻率改變泵的轉(zhuǎn)速，因此為診斷人員提供了轉(zhuǎn)速試驗的條件。通過改變泵轉(zhuǎn)速，調(diào)整葉片通過頻率有效避開泵支撐的固有頻率，將會出現(xiàn)振動明顯下降的現(xiàn)象，利用此方法可以進一步證實結(jié)構(gòu)共振是設(shè)備振動超標的主要原因。

在工況允許的條件下，要求運行人員改變泵的轉(zhuǎn)速，進行轉(zhuǎn)速試驗，測量結(jié)果如表3 所示。

表3 反滲透高壓泵A 轉(zhuǎn)速試驗結(jié)果

表4 反滲透高壓泵B 轉(zhuǎn)速試驗結(jié)果

由表3-4 可見，反滲透高壓泵A、B 隨轉(zhuǎn)速的變化振動變化較為明顯，這種振動特征符合支撐剛度不足，結(jié)構(gòu)共振的特征。因此建議增強反滲透高壓泵A、B 驅(qū)動端的支撐剛度，提高支撐固有頻率，進而使葉片避開共振頻率［2］。

3 支撐加固試驗及維修過程

利用試驗窗口，首先對反滲透高壓泵B 支撐進行了臨時加固，在泵驅(qū)動端下部加裝千斤頂，如圖7所示。

啟泵后，轉(zhuǎn)速為2 254 r／min 時，振動測量結(jié)果如表5 所示。

圖7 在泵驅(qū)動端下部加裝千斤頂

表5 泵支撐臨時加固后的振動測量結(jié)果單位：mm／s

從表5 可以看出，當泵驅(qū)動端垂直方向加臨時支撐后，泵的驅(qū)動端垂直方向的振動明顯下降。

將支撐松開后，P1V 方向的振動值突變?yōu)?.2 mm／s，說明泵驅(qū)動端支撐加固后對泵驅(qū)動端振動改善非常明顯。

隨后同樣對反滲透高壓泵A 進行支撐加固，在轉(zhuǎn)速2 400 r／min 時，泵驅(qū)動端垂直方向振動降低為3.4 mm／s，松開臨時支撐后振動上升為5.0 mm／s。

4 振動處理及效果

由于維修窗口的原因，維修部首先對反滲透高壓泵B 驅(qū)動端支撐進行了加固，提高支撐固有頻率，對支撐板加厚，并添加加強筋，加固效果如圖8 所示。

圖8 泵加固效果圖

經(jīng)治理反滲透高壓泵B 驅(qū)動端垂直方向振動降至0.97 mm／s，泵非驅(qū)動端垂直方向振動現(xiàn)降至0.84 mm／s； 滿足GB／T29531 所要求的2.8 mm／s 的標準，振動合格。

隨后維修部對反滲透高壓泵A 驅(qū)動端支撐加固后，泵驅(qū)動端垂直方向振動現(xiàn)降至1.7 mm／s，泵非驅(qū)動端垂直方向振動現(xiàn)降至1.1 mm／s，滿足GB／T29531 所要求的2.8 mm／s 的標準，振動合格。

5 結(jié)束語

反滲透高壓泵A、B 的振動故障為支撐剛度不足、結(jié)構(gòu)共振。共振并不是設(shè)備的本身故障，但它會影響設(shè)備的抗疲勞，減少設(shè)備的壽命。同時引發(fā)其他故障的發(fā)生。本文詳細介紹了反滲透高壓泵振動故障的診斷過程，并采用轉(zhuǎn)速試驗，固有頻率測量，以及臨時加固支撐等試驗方法進一步確認診斷結(jié)果。為今后處理此類問題積累了寶貴的經(jīng)驗。