基于頻譜分析的離心泵振動故障診斷與處理

李 亮 雷 宇 杜仲軍

（中國石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司）

在煉化企業(yè)中，轉(zhuǎn)動設(shè)備的故障率一直居于前列，其中轉(zhuǎn)動設(shè)備的振動故障率高、損壞程度大而且處理相對復(fù)雜。筆者通過對某煉化企業(yè)離心泵振動故障進(jìn)行分析、判斷，采集相關(guān)數(shù)據(jù)并采用頻譜分析，結(jié)合設(shè)備實際運行情況確定故障原因并提出解決措施，為同類轉(zhuǎn)動設(shè)備的振動故障診斷提供借鑒。

1 部件松動表現(xiàn)的不平衡

轉(zhuǎn)動設(shè)備振動主要頻率多表現(xiàn)為以基頻為主的不平衡，確定不平衡的原因是解決該類問題的核心。

某裝置余熱鍋爐循環(huán)水泵P-2281/A為懸臂式雙吸單級離心泵，輸送介質(zhì)為循環(huán)熱水，介質(zhì)溫度80℃，泵入口壓力4.4MPa，出口壓力5.0MPa。通過監(jiān)測儀器發(fā)現(xiàn)，循環(huán)水泵P-2281/A振動超標(biāo)主要表現(xiàn)在驅(qū)動端垂直方向，其他各振動值均處于良好狀態(tài)。

1.1 故障分析與診斷

離心泵是由各部件按照標(biāo)準(zhǔn)組裝而成，它的每個部件都有各自的固有頻率，而各類故障頻率也都較有代表性，目前采用較為廣泛的是頻譜分析，它的主要判斷依據(jù)是不同故障情況的頻率分布和振幅大小各有不同［1］。

圖1 P-2281/A驅(qū)動端垂直方向頻譜圖

分析圖1所示的P-2281/A驅(qū)動端垂直方向的監(jiān)測頻譜圖，再結(jié)合循環(huán)水泵P-2281/A的實際運行情況，分析總結(jié)其主要存在的故障特征［2］如下：

a.特征頻率主要表現(xiàn)為1倍頻并伴有其他諧波頻率，尤以3倍頻、4倍頻顯著［3］；

b.設(shè)備運行期間，監(jiān)測到的振動值波動較大，而該離心泵運行期間出口壓力和流量均無明顯變化趨勢；

c.150、200Hz表現(xiàn)突出，且?guī)в羞咁l，存在軸承故障的可能性；

d.除泵驅(qū)動端垂直方向振動超標(biāo)外，其余各部振動均較?。▓D2）；

e.頻譜圖中無2倍頻出現(xiàn)，可以排除不對中情況。

圖2 P-2281/A驅(qū)動端水平方向頻譜圖

部件松動也可以理解為一種動不平衡情況。余熱鍋爐循環(huán)水泵為懸臂式雙吸單級離心泵，考慮到設(shè)備運行溫度比較高，泵聯(lián)軸器端設(shè)有鑄鐵材料的風(fēng)扇固定在軸上用于設(shè)備風(fēng)冷散熱，結(jié)合該部位振動大且有波動，而其他各部振動均較小的實際情況，判斷振動的原因很可能是風(fēng)扇存在缺損、松動等造成該泵振動超標(biāo)情況的出現(xiàn)。

1.2 檢查驗證

經(jīng)分析，判斷循環(huán)水泵P-2281/A振動超標(biāo)的主要原因是風(fēng)扇缺損或松動，有針對性地制定檢修方案，即僅檢查泵風(fēng)扇，不對泵體進(jìn)行拆除檢查。檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

a.泵鑄鐵材料的風(fēng)扇表面結(jié)垢嚴(yán)重，主要是多年運行未清理造成的灰塵積聚，風(fēng)扇外殼內(nèi)同樣存在該類問題，而且明顯與風(fēng)扇葉片存在一定的直接刮擦；

b.風(fēng)扇葉片與軸配合間隙過大，卡簧無法完全固定風(fēng)扇，在泵運轉(zhuǎn)過程中，風(fēng)扇在軸端出現(xiàn)晃動，誘發(fā)該泵聯(lián)軸器端垂直方向振動偏大，表現(xiàn)為部件松動的多倍頻高現(xiàn)象；

c.風(fēng)扇外部防護(hù)罩內(nèi)積聚的灰垢造成風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)刮擦，可能是振動波動幅度相對較大所致（圖3）。

根據(jù)檢查情況，清理泵風(fēng)扇并重新對配合間隙進(jìn)行處理，再次投運后各部振動均恢復(fù)至正常狀態(tài)。

維修結(jié)果表明：振動超標(biāo)的故障原因與前期的故障診斷相吻合。

圖3 泵P-2281/A風(fēng)扇檢查情況

2 軸瓦問題導(dǎo)致的不平衡

某裝置原料泵P-2101/A運行期間存在振動超標(biāo)的問題，由于該泵為裝置關(guān)鍵設(shè)備，其運行的可靠程度直接影響裝置的平穩(wěn)運行。該泵為雙支撐多級離心泵，支撐軸承采用滑動軸承形式，推力軸承為角接觸滾動軸承，“背靠背”安裝組合，輸送介質(zhì)為石腦油，轉(zhuǎn)速2 980r/min，其振動表現(xiàn)主要為兩段支撐軸瓦水平振動大，其中驅(qū)動端振動速度值為3.90mm/s（圖4），非驅(qū)動端軸瓦振動速度值為4.70mm/s（圖5）。

2.1 故障分析與診斷

滑動軸承運行過程處于邊界潤滑狀態(tài)，因而會產(chǎn)生滑動摩擦現(xiàn)象，同時又伴有一定的沖擊能量和勢能，所以故障機(jī)理與滑動摩擦、碰摩相似。由于故障振動頻率特征不明顯，因此容易與其他故障相混淆，例如部件松動等。分析原料泵P-2101/A振動頻譜圖可以發(fā)現(xiàn)：

a.該泵的軸瓦水平振動速度超標(biāo)，并且與垂直方向的振動速度之比為2∶1，時域波形呈穩(wěn)定的周期形態(tài)，沒有表現(xiàn)出沖擊現(xiàn)象，表明可能存在軸瓦間隙偏大的情況，同時可能存在軸瓦預(yù)緊力不足的情況［4，5］。

圖4 驅(qū)動端軸瓦振動速度值為3.90mm/s

圖5 非驅(qū)動端軸瓦振動速度值為4.70mm/s

b.同時伴有2倍頻、3倍頻和4倍頻的較弱分量，基本可以排除不對中所主導(dǎo)的誘因，后續(xù)對中心進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍之內(nèi)。

2.2 檢查驗證

通過對原料泵P-2101/A振動超標(biāo)可能的原因進(jìn)行了維修檢查，具體如下：

a.設(shè)備中心復(fù)查結(jié)果合格，各部中心數(shù)據(jù)都在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)；

b.原料泵P-2101/A兩端支撐軸瓦與軸接觸情況較差，尤其以驅(qū)動端軸瓦更為明顯，接觸面積不足40%，這會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)而造成振動超標(biāo)；

c.軸瓦預(yù)緊力偏小，非驅(qū)動端軸瓦幾乎無預(yù)緊力，結(jié)合該部軸瓦振動表現(xiàn)出的1倍頻為主的特征，判斷該軸瓦振動超標(biāo)與預(yù)緊力過小存在一定關(guān)系。

通過對軸瓦進(jìn)行刮研和預(yù)緊力調(diào)整，該泵試運行軸瓦振動速度值恢復(fù)至2.40mm/s，設(shè)備投運正常（圖6、7）。

圖6 驅(qū)動端軸瓦振動速度值為2.40mm/s

圖7 非驅(qū)動端軸瓦振動速度值為2.39mm/s

3 結(jié)束語

筆者通過對某煉化企業(yè)余熱鍋爐循環(huán)水泵P-2281/A和原料泵P-2101/A的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，利用頻譜分析并結(jié)合設(shè)備實際運行過程中表現(xiàn)出的故障特征，綜合診斷故障原因，以此為依據(jù)制定檢修方案并加以實施，較為經(jīng)濟(jì)、高效地解決了文中所述設(shè)備振動超標(biāo)的問題，具有一定的借鑒意義。