朱麗紅

（廈門水務(wù)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(chǔ)安裝，電機層布置6 臺立式電機，水泵層相應(yīng)配置6 臺立式水泵。機組額定功率1600 kW，轉(zhuǎn)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(jié)；水泵出水管路上依次安裝傳力伸縮節(jié)、重錘式液控蝶閥、流量計、傳力伸縮節(jié)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(tǒng)

立式機組由三大部分組成：電機、傳動軸、水泵。三者之間為聯(lián)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(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)機組在開停機時出現(xiàn)水泵反轉(zhuǎn)，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)是由于機組的出水液控蝶閥開關(guān)閥時閥板跑位，導(dǎo)致液控蝶閥無法完全關(guān)閉，站內(nèi)立即對液控蝶閥進行維修，復(fù)位后，液控蝶閥工作正常。試機時水泵起初運轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，但約2 h 后，機組出現(xiàn)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(shù)據(jù)檢測

專業(yè)技術(shù)員對機組進行振動檢測，并且與閥門檢修前的振動數(shù)據(jù)進行比較，液控蝶閥檢修前后的電機上軸承端振動數(shù)據(jù)比較見表1，發(fā)現(xiàn)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(fā)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(shù)據(jù)又上升。同時水泵上軸承振動數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)

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(nèi)部摩擦、軸承因素及基礎(chǔ)因素等；②液體原因引起的振動，如液體脈動、汽蝕、葉片數(shù)、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(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(chǎn)品，進出水流道相同，水流狀態(tài)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(shù)據(jù)

從頻譜分析，機組運行轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(lián)軸器后，發(fā)現(xiàn)傳動軸下法蘭盤與水泵聯(lián)軸器內(nèi)置八角襯套產(chǎn)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(lián)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(lián)軸器端面之間的間隙為0，且接觸面不均勻，有的甚至出現(xiàn)負間隙產(chǎn)生軸向振動，最終致使電機轉(zhuǎn)子往上頂，造成徑向不平衡。

圖3 傳動軸與水泵聯(lián)軸器的間距

3 故障處理

3.1 維修過程

經(jīng)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(lián)結(jié)部分，再把水泵復(fù)位，逐步調(diào)整機組同軸度，監(jiān)測機組振動數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)降至1～2 mm/s。

（1）水泵偏移復(fù)位。首先松脫伸縮器外圈讓水泵自由復(fù)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(jīng)過以上調(diào)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(zhuǎn)趨勢，水泵在無約束力狀態(tài)下基本復(fù)位，斷定水泵機座出現(xiàn)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(xiàn)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(jié)構(gòu)尺寸具體如圖4 所示?，F(xiàn)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(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)，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(diào)整傳力伸縮節(jié)的傳力螺栓，水平移動水泵和電機，逐步調(diào)整機組同軸度，重新打表測量。根據(jù)圖紙數(shù)據(jù)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(lián)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(lián)軸器內(nèi)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(shù)據(jù)見表4，根據(jù)振動烈度標準ISO 2372—1974 可以判定，機組運行處于優(yōu)秀區(qū)。

表4 機組帶負載振動數(shù)據(jù)

3.2 經(jīng)驗教訓總結(jié)

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(tài)都良好，且整體運行趨勢較為平穩(wěn)，以此判斷水泵機座變形量沒有變大趨勢，根據(jù)日常觀察，傳動軸與水泵軸間隙也無變小，沒有再次產(chǎn)生摩擦、引起軸向振動。可以判定機組之前出現(xiàn)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(jié)間的連接沒有完全脫離，出水管道上伸縮節(jié)螺栓在緊固過程中力度過大，導(dǎo)致進出口管路與泵連接時產(chǎn)生大的內(nèi)應(yīng)力，引起水泵機座偏移，且在恢復(fù)安裝中沒考慮水泵復(fù)位問題，引起水泵跑位而發(fā)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(shè)備進行維修維護時，提出如下建議：

（1）維修設(shè)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(jù)傳動軸與水泵之間的間隙進行相應(yīng)的調(diào)整。

4 結(jié)束語

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