文/孫克盛

柴油泵振動故障診斷及改造

文/孫克盛

利用頻譜分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維護(hù)——某石化廠柴油泵在試運(yùn)行時振動大，振動烈度在C區(qū)，不能滿足設(shè)備長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，利用頻譜儀測試分析了泵振動超標(biāo)的原因。通過對葉輪和泵體喉部的改造，泵的振動烈度有了大幅度的下降，改造后泵的振動烈度達(dá)到了B級水平，滿足設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

近年來，越來越多的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械被應(yīng)用到煉化企業(yè)的生產(chǎn)當(dāng)中，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)保障了這些機(jī)組設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此振動狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)得到了重視和應(yīng)用。當(dāng)機(jī)械非正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，通過對振動信號的分析和處理，能夠確定其產(chǎn)生的原因。在機(jī)械設(shè)備維修中，采用頻譜分析法對設(shè)備故障進(jìn)行分析和診斷，可有效指導(dǎo)設(shè)備檢修，節(jié)約檢修費(fèi)用，避免非計劃停車，實(shí)現(xiàn)計劃檢修，提升設(shè)備管理水平。

柴油泵的結(jié)構(gòu)為OH2型。泵出廠時性能參數(shù)如表1所示。

表1 OH2型柴油出廠性能參數(shù)

圖1 泵結(jié)構(gòu)圖

該泵自試運(yùn)行以來，整機(jī)振動較大，若振動降不下來，會嚴(yán)重影響整個裝置的順利投產(chǎn)。現(xiàn)場采集到的頻譜數(shù)據(jù)如下：

從采集到的振動數(shù)據(jù)來看，該泵長期運(yùn)行于C區(qū)，應(yīng)該采取相應(yīng)補(bǔ)救措施，以保證裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29531-2013《泵的振動測量與評價方法》中規(guī)定，泵按照中心高及泵的轉(zhuǎn)速分為四大類。將振動烈度等級分為四等，分別為A、B、C、D四個級別, D級為不合格狀態(tài)。該柴油泵為II類設(shè)備，B級的振動烈度應(yīng)該為2.8 mm/ s以下，該泵試運(yùn)行時，最大振動烈度達(dá)到4.89 mm/ s,評定為C級，屬于不良運(yùn)行狀態(tài)。

原因分析

從以上頻譜圖中可以看出振動峰值在200Hz時的峰值最高。泵轉(zhuǎn)速為2 950 r/min，200 Hz屬于4倍頻，葉輪的葉片數(shù)為4片，4倍頻是葉輪的葉片通過頻率，跟葉輪的水力匹配度有關(guān)系；一倍頻大多是因為轉(zhuǎn)子不平衡，它與軸和葉輪的動、靜平衡有關(guān)系。

圖2 泵改造前非驅(qū)端頻譜圖

圖3 泵改造后非驅(qū)端的頻譜圖

該泵的葉輪為四葉片，泵體雙渦殼，在運(yùn)行過程中產(chǎn)生擾動，在葉片與蝸殼喉部位置產(chǎn)生激振，表現(xiàn)出葉片數(shù)的整數(shù)倍頻，當(dāng)激振頻率與系統(tǒng)的固有頻率一致時，就會產(chǎn)生共振，使得振動值劇增。

泵的軸承體強(qiáng)度不足，軸承懸臂比偏大，當(dāng)懸臂比偏大時，在泵運(yùn)行過程中，由于軸的繞性大，對泵振動產(chǎn)生影響。

改造方案

通過改變?nèi)~輪水力來降低振動

通過改變?nèi)~輪葉片數(shù)及吸入性能減小葉輪與蝸殼的耦合。采用的措施如下：

● 增大進(jìn)口安放角，減少葉片的彎曲，增大葉片進(jìn)口過流面積，減少葉片的排擠。

● 減小葉片的包角，為了保證葉輪在切割后仍能保證較大的性能，故在包角優(yōu)先范圍內(nèi)選擇較小的葉片包角。

● 減小葉片寬度，泵的高效點(diǎn)偏大流量點(diǎn)，在設(shè)計新葉輪時將葉片寬度由35 mm降為28 mm，這樣高效點(diǎn)就會往小流量偏移，葉輪運(yùn)行在高效點(diǎn)時泵的振動最小。

● 將葉片數(shù)由4片改為5片，增大了葉輪的揚(yáng)程系數(shù)。

從圖3可以看出，泵的振動烈度有了大幅度的下降，振動烈度的測量值只有1.3 mm/s,達(dá)到了B級振動水平，能夠長時間安全穩(wěn)定運(yùn)行，說明改造方法可行。

通過改變懸臂比來降低振動

在不影響安裝空間的條件下增大了軸承跨距，由原來的146 mm增大到170 mm，使懸臂比由原先的1.53減小到1.32，同時增大了軸承箱體的壁厚及連接強(qiáng)度，提高了軸承體的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。

結(jié)語

柴油泵工藝系統(tǒng)復(fù)雜，連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)要求高，這次利用頻譜分析對存在缺陷進(jìn)行分析及改進(jìn)，成功消振，不僅提升了設(shè)備可靠運(yùn)行，還體現(xiàn)了故障診斷技術(shù)對轉(zhuǎn)動設(shè)備安全運(yùn)行的重要性。利用頻譜分析監(jiān)測峰值能量技術(shù)，時刻關(guān)注其峰值能量的發(fā)展趨勢，可以發(fā)現(xiàn)振動的早期故障征兆，避免突發(fā)事故，及時準(zhǔn)確地診斷設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維修，優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行，保障裝置安全生產(chǎn)。

本文作者供職于合肥華升泵閥股份有限公司。