离心泵流体介质引起的振动故障分析_徐彦超

图 7 1 台工频泵和 1 台变频泵运行时变频泵出口端 垂直方向振动频谱
图 8 出口阀开度不均匀时负荷较大的泵入口端 水平方向振动频谱
图 5 2 台工频泵运行时泵出口端垂直方向振动频谱
图 6 1 台工频泵和 1 台变频泵运行时工频泵出口端 垂直方向振动频谱
跉賱 设备管理与维修 2011 №3
图 9 出口阀开度均匀时变频泵入口端水平方向振动频谱
离心泵流体介质引起的振动故障分析
徐彦超 李建勤 于兴峰
摘要 对离心泵运行中出现的由于流体冲击、气蚀、堵塞造成的流动不畅等导致的振动故障进行分析，采取措施进行消除，总结对 此类故障的监测、诊断经验，说明状态监测的重要性。
关键词 离心泵 流体 状态监测 故障分析 中图分类号 TH311 文献标识码 B
石化行业中主要为流程作业，过程装备的任何一处发生故 障都会影响整个作业系统，对其状态和工况进行监测、控制，以 确保生产工艺有序稳定运行十分重要。搞好设备状态监测关键 在于过程监控，即使在不能完全对故障做出准确判断的情况下， 还可以做到监控它的变化、危害程度的大小等，从而进行有效的 控制。
4.加氢裂化装置原料泵
（1）故障现象。该泵 2008 年 4 月试运时振动较大，泵入口端
振动明显，垂直、水平、轴向频谱图都反映出明显的 7 倍泵转速
成分。
（2）故障分析。经询问厂家设计人员，得知泵叶轮流道为 7
个，确定 7 倍频是叶片通过频率（492.5Hz）。2008 年 7 月采取如
下措施：将泵流道变为 9 个；泵整体热装。实际运行表明振动有
图 1 泵出口端水平方向振动趋势
图 2 气蚀早期振动频谱
图 3 气蚀末期振动频谱
（2）故障分析。运行介质为 102～105℃的水，按空泡腐蚀理 论的解释[1]，在流体的局部地区，当流速变得十分高，以至其静压 强低于液体汽化压强时，液体内会迅速形成无数个小空泡（也称 气穴）。空泡中主要是水蒸气，随压力降低，空泡不断长大，单相
明显好转（表 1、图 10、图 11）。
流体引起的振动往往与工作状态关系密切，包括气蚀和缺
表 1 泵入口各测点振动数据
mm/s
测试时间
垂直方向
水平方向
轴向
2008.04.14
14.9
12.56
10.52
2008.05.05
11.2
改造前
2008.05.27
8.54
18.65
6.05
wk.baidu.com
7.94
2008.05.28
W11.03-25 —— —— —— —— —— —— —— —
作者通联：李建勤 天津大港油田石化公司机动设备处 天津市 300280
E-mail：ljq760805@sina.com 〔编辑 王 其〕
诊断技术
设备管理与维修 2011 №3 跊賱
9.0
8.73
5.95
改造后 2008.08.02
3.9
3.2
3.5
诊断技术
汽轮发电机组不稳定振动故障诊断及处理
王 亭 杨建刚
摘要 对 60MW 汽轮机发电机组在运行过程中轴振出现的波动现象，进行振动测试分析，找出碳刷磨损、碳刷与整流子之间的预 紧力偏大是导致异常振动的根本原因，采取相应措施成功消除了机组不稳定振动。
2. 焦化装置高压除焦水泵 （1）故障现象。2008 年 3 月 7 日对焦化高压水泵进 行测试，发现泵入口端振动大，垂直方向振动 7.67mm/s， 水平方向振动 6.33mm/s，轴向 3.33mm/s。出口端垂直方向振 动 1.29mm/s，水平方向振动 3.37mm/s，轴向 1.56mm/s。泵入 口端振动明显，频谱图存在明显的 6 倍泵转速成分（图 4）。操作间 显示机组轴振动泵前轴 50μm、55μm，泵后轴 18μm、19μm。 （2）故障分析。①机壳振动测试与轴振动显示基本吻合，该 现象说明异常振动真实存在，可能存在某种故障。②通过对振动 幅值、振动信号频谱的分析，齿轮箱侧振动变化小于泵入口侧振 动变化，频谱图中没有 2×成分，认为不对中引起的联轴器故障 可能性较小。③泵入口端有明显 6×成分，而出口端表现为不平 衡量的增加；具有一定量的轴向振动成分；测试中泵入口端振动 变化较大，启泵初期振动 7.0～8.0mm/s，而后趋于稳定，振动下降 到 4.0mm/s 左右。由此认为产生振动的因素主要由于泵本身造
诊断技术
设备管理与维修 2011 №3 跈賱
图 4 泵入口端测点振动频谱图（明显的 6×频）
成，故障部位可能在泵入口端位置。 拆检发现泵入口焦粉有明显堵塞。 3.常减压装置减底泵 （1）故障现象。减底泵实际流量 145m3/h，单台泵额定流量
93m3/h，共 3 台，当开 2 台工频泵运行时，振动非常大，造成出口 端轴承箱温度较高，轴承经常损坏且机封也容易过早损坏引起 泄漏。2006 年 8 月后，运转 1 台工频泵和 1 台变频泵，运行状况 得到明显改善，工频泵修理频次降低 60%，变频泵性能稳定。 2008 年 3 月后运转 2 台变频泵，现场操作人员发现，当 2 台泵 出口阀开度不均匀时变频泵振动也较高，而当出口阀开度均匀 时变频泵振动较低运行平稳。
总结如下故障处理经验：①进行泵振动的趋势跟踪，并依 据振动信号的分析判断机器故障状态；②进行必要的设备改
图 11 改造后泵入口端水平位置频谱图
进或操作控制，消除故障；③故障初始阶段时改进设计。 参考文献
1 杨德钧，沈卓身.金属腐蚀学.北京:冶金工业出版社，1999.6 2 沈庆根，郑水英.设备故障诊断.北京:化学工业出版社，2005.11
1.锅炉上水泵 （1）故障现象。原泵叶轮选用二类材料，运转 2 个月后，振动 开始逐渐升高，每 6 个月需要更换一次泵叶轮。拆检发现末级叶 轮被冲刷腐蚀穿孔，腐蚀减薄明显。振动监测信号呈现出显著的 气蚀特征（参见图 1～图 3）：①气蚀早期振动幅值不高，频谱图 有明显的高频成分（叶轮的叶片通过频率经常存在）；②气蚀末 期叶轮局部腐蚀严重导致转子动平衡受到破坏，振动显著增大， 频谱图出现明显的 1×频特征。
由汽轮机转子和发电机转子组成，每个转子由两个轴承支撑，其 在运行过程中，也会出现波动现象，波动周期正常在 1~2h。
中 1# 和 2# 轴承支撑汽轮机转子，3# 和 4# 轴承支撑发电机转子。
（2） 解列瞬间 4# 瓦轴振突降 70~80μm，从 235μm 降至
有一段时间汽轮机运行中经常出现不稳定振动，振动突出表现 162μm 左右。
11111111111111111111111111111111111111111111111
图 10 改造前泵入口端水平位置频谱图（492.5Hz，7 倍频）
乏流体现象、回流、流体紊流、阻塞等，在相关振动频谱图中往往 出现：明显的高频振动、叶轮通过频率、频谱连续分布。气蚀的经 典频谱[2]往往在约 400～2000Hz 内，有随机的、宽带能量频谱特 征类似“白噪声”，或者时常伴有叶片通过频率，即有时与随机的 高频振动一起出现若干叶片通过频率谐波频率。发生气蚀时，噪 声测量的量如振动尖峰能量（gSE）、高频加速度值（HFD）、冲击 脉冲（SPM）等将增大，通常气蚀将造成泵的两端轴承振动尖峰 能量（gSE）都大。
在 3# 和 4# 轴承上，影响了该机组的安全运行。
二、机组异常振动分析
1.振动不稳定原因分析
图 3 给出了不稳定振动发生时 3# 和 4# 轴承振动频谱，从图中
可以看出，振动以工频为主，频谱图上 50Hz 附近存在一定程度的
杂频，并在振动爬升过程中以工频为主，说明转子上存在一定的不
平衡量。结合机组振动不稳定特征，可以断定转子出现了摩擦。
关键词 汽轮发电机组 振动 诊断 中图分类号 TM311 文献标识码 B
一、机组不稳定振动现象
（1）3#、4# 轴承轴振不稳定。变负荷过程中，3# 瓦轴振由 50μm
某厂一台 60MW 汽轮发电机组轴系结构如图 1 所示，轴系 增大至 113μm，4# 瓦轴振幅值由 220μm 升至 300μm。机组振动
流变成双相流，随流体一起迁移的空泡在外部压强升 高时不断缩小，最终溃灭。由于溃灭时间极短，其空间 被周围液体迅速充填，造成强大的冲击压强，大量的空 泡在金属表面反复溃灭，这种机械破坏使金属表面膜 破坏，直至发生严重的空泡腐蚀（气蚀）。
2006 年 8 月将泵叶轮改为三类材料（1Cr13），至今 运行正常。
图 1 汽轮发电机组轴系结构图
摩擦时，转子会同时受到力冲击和热冲击作用，摩擦较轻时 振动信号仍以工频为主，但在力冲击作用下，振动信号中会出现
图 2 给出了变负荷试验过程中 3# 和 4# 轴承轴振 y 方向变 一定的杂频，转子受到力冲击作用后，也会形成热变形进而导致
化趋势，从图中可以看出：
振动不稳定。
（2）故障分析。①当 2 台工频泵运行时，垂直方向振动较大， 振动烈度达 10mm/s，从图 5 频谱图上看有明显的 3×、5×、6×成 分（泵叶轮有 6 个流道）。②当 1 台工频泵和 1 台变频泵运行时， 振动得到改善。其中变频泵振动降到 1.5mm/s 左右，工频泵振动 降到 5.0mm/s 左右，但随着工艺波动，振动有些变化（图 6、图 7）。③当 2 台变频泵运行时，泵振动比较稳定，泵出口阀开度影 响泵运转状况（图 8、图 9）。