电力工程师论文范文立式水泵振动故障诊断技术的探讨

　　辅助转机远不如汽轮发电等主机设备受重视程度高。由于水泵设计、制造、安装技术进步相对滞后，大型立式水泵振动问题凸现出来，加之相关技术性指导资料较少，面对问题往往无法快速有效的确诊并解决。笔者综合运用汽轮机振动故障诊断技术，结合现场生产实践摸索，归纳总结立式水泵振动处理的相关经验。本文试从现场诊断、检查测试等方面入手，探讨大型立式水泵的故障诊断技术。

　　2大型立式水泵的特点

　　大型立式水泵流体性能理想、结构紧凑，一般采用悬吊式结构，水泵转子与电机转子垂直布置，电机上部轴承作为转子死点，承担电机转子与水泵转子全部重量，并且承担流体对叶轮的轴向力量。立式水泵的长度较长，加之电机及支座的高度，整个轴系的长径比很大，水泵轴承一般由若干级水润滑轴承组成。水泵、电机的静子与转子全部重量，通过水泵台板传递至基础上。运转工况下推力轴承、台板的高负荷以及轴系的超长形式，对水泵设计、制造、安装、检修的各个环节提出了较高的要求，振动问题一旦发生，外在表现形式单一，无法快速有效的得出准确诊断结论，往往导致问题久拖未决。对立式泵的振动评价测量以电机上部轴承作为设备振动评价测点。振动通用标准如下：

　　转速r/min

　　振动

　　?m合格≤150≤100≤100≤80

　　优良≤100≤80≤70≤60

　　3故障诊断、检查分析思路

　　水泵的运行状态是内扰力与支撑刚度综合平衡的结果，故障诊断的基本出发点从这两个方面入手检查，衡量与此相关各个方面的性能状况。水泵发生异常振动的原因很多，设计、制造、安装、检修运行维护的任何环节发生问题，均影响到整体稳定性，现场诊断的思路必须“先易后难”，检查方案也要以此展开，避免故障诊断绕弯路。

　　振动故障诊断要结合强有力的检查手段，尤其是新技术的深入运用，才能够准确、及时发现故障源，并且指导试验验证。必须充分认识到全面、细致检查在故障检查以及结论验证环节的重要作用，避免错漏隐性故障特点，从而导致诊断失准，更不能盲目的将方案付诸实施，减少物力与人力损失、浪费。

　　通常在进行故障处理的过程中，首先进行振动整体测量，获得问题概况，然后按照内扰力与支撑刚度的思路从各个方面进行详细检查，强调紧扣主要特征的同时，进行的综合因素辨析。

　　4故障诊断库及检查方法

　　振幅测量是最常用的测量、评价振动的方法，贯穿于振动分析的各个环节。使用振幅峰峰值进行分析，在稳定工况状态下，通过对立式电机上部轴承的振动方向的测定，取得先期特征。长时间观察、判断振动幅值的稳定性。密切关注振幅波动的规律性。

　　振动频谱分析是利用带频谱分析功能的测振仪，采集振动波形，通过硬件频率分析或者软件FFT（快速傅立叶变换），将通频振动分解为低频、1×、2×……、高频，分析频率的主导成分，同时观察波形相位的变化，借此判断振动的诱发因素，往往可以清晰的得出某些方面的结论，比如振动频率若与滚动轴承的滚珠数目相同，则通常预示滚动轴承故障的可能性较大。笔者将自身现场实践、摸索经验，归纳总结出详细的振动故障诊断库及检查分析方法，有较强的操作性和借鉴意义。

　　4.1整体振动特征测量分析

　　（1）幅值：测量电机上部轴承振动的幅值和方向性。如果振动方向性明显，则说明支撑刚性存在严重不对称问题。

　　（2）波形：测量振动波形、相位、稳定性，如果稳定性较差，说明存在随机振动或者非质量不平衡原因造成的其它振动。

　　（3）运行参数：检查入口水位、压力、出入口管路系统，如果偏离设计要求，可考虑由于参数异常导致水泵偏离设计工况运行。

　　（4）管道：检查连接管道振动情况，排查管道振动传递的影响。

　　4.2内扰因素检测

　　（1）电机测试：空试电机，分别在打紧支撑法兰螺栓、松开两种情况下测量，如果振幅偏大，说明电机内扰力大，或者安装垂直度差，和支撑法兰有关。将电机置于平地专用台架上测量同样能得出类似结论。空试电机波形是否稳定，可判断出是否存在电磁故障或部件松动

　　（2）轴弯曲测量：通过对电机轴头晃度、对轮飘偏、电机轴弯曲、水泵轴弯曲的测量，均可直观判断是否因此产生了质量不平衡。

　　（3）联轴器中心测量：校核中心偏差是否超标，检查中心对中块是否正确使用，避免对轮连接后引起附加中心偏差；对轮飘偏可反映出轴弯曲或对轮加工偏差；电机对轮调整螺母厚度偏差引起轴系发生倾折；电机对轮连接晃度超标一般是对轮螺丝憋劲儿引起的附加中心偏差。

　　（4）电、磁分析：三相电流不均衡导致电机电磁力不均衡易引起振动；检查径向磁力中心偏差，以及轴向磁力中心调整后的振动变化情况，可以判断磁力中心不正的影响；使用鼠笼断条仪对鼠笼断条检测，用测振仪检查振动波形与转速、时间的关系，来排查电磁力不均衡的程度。

　　（5）动静摩擦：用听棒检查电机及水泵是否有异常响声，往往可以判断电机或水泵转子是否发生径向碰磨；通过对水泵提轴量及总串量的检查分析轴向碰磨的可能性，检查叶轮口环磨损痕迹可以佐证碰磨程度。

　　（6）电机轴承：用听棒检查判断轴承声音变化对轴承损坏的判断十分有效，对轴承内外紧力、间隙检查可分析轴承安装工艺是否存在不良情况；对电机轴承设计进行论证，评价轴承平衡轴向及径向力的稳定性，分析是否存在设计缺陷；电机轴承安装工艺、步骤正确能减少很多麻烦；压铅丝、抬轴测量电机轴承游隙检查轴承是否失效；电机轴承滚道痕迹能辅助判断轴承安装是否偏斜；电机轴承端盖（座）紧力、变形情况检查可以排除轴承端盖变形或紧力过大导致轴承变形的问题。（7）平衡测试：分别对电机转子、叶轮、对轮进行静平衡、低速动平衡测试，能有效判断振动是否由质量不平衡引起，同时可以方便的消除不平衡质量，调整最小剩余不平衡量（emar）<1gmm/kg。

　　（8）水泵滑动轴承分析：通过检查水轴承和轴套的磨损情况来判断是否轴承失效引起振动，重点关注磨损痕迹、间隙、椭圆度等。水泵轴承短时缺少润滑往往造成轴承快速磨损，在热网疏水泵中极为常见。

　　（9）临界转速分析：近些年改造的变转速水泵振动问题比较突出，比如增加变频器后水泵振动状况恶化，通过对不同转速的振动对比，分析临界转速的区域，在变频器上设置避让区间能临时缓解振动对设备的损坏，采取动平衡配重能有效调整临界转速的实际数值，同样能让实际工作区段得到平滑的振动曲线。

　　4.3支撑刚度校核检查

　　（1）整体判断：分别在电机上部、水泵下筒体加支撑后，如果振动幅值变化显著，则表明支撑刚度差，或者各支撑接触面接触不好；观察振动波形的稳定性，以及在对轮或电机风扇上进行动平衡配重，可作出相应的判断。

　　（2）灌浆基础检查：测量基础台板振动及振动差值，如果较大，则说明台板有松动迹象，同时检查水泥与台板剥离松动情况；用大锤紧固地脚螺栓检查紧固均匀程度；对出口管加固判断管道振动是否对水泵有传递影响。

　　（3）水泵支撑面：安装前是否仔细清除污垢及锉刀锉修高点，使表面平整无杂物，特别注意结合面接触差的问题，可以用塞尺检查间隙，要求间隙小于5丝；密封胶圈截面积大于槽道截面积同样影响结合面接触；比较有效的手段是对支撑法兰与基础台板的振动细微差值进行分析。

　　（4）电机支撑面：调整支撑面顶丝检查振动变化情况，如果变化明显说明结合强度不足、接触不好；在电机支座未打紧螺栓和打紧螺栓两种情况下，用塞尺测量间隙应小于5丝，否则说明结合面变形，此时可以用不锈钢垫子来临时增加接触面积。利用车床来检查电机支座、水泵支座不平度，偏差应小于10丝。

　　（5）垂直度检查：在对轮上架百分表盘动转子可以对电机支撑法兰不垂直度进行检查。水泵台板、支座的水平度、平行度是很重要的安装质量标准，影响轴线倾斜往往伴随较大振动的发生，需要用大平尺与合像水平仪精确测量。整体垂直度检查，可以将合像水平仪置于电机上轴头，盘转子360度判断变化情况，该工作可以在未连对轮和连接对轮时进行两次，分别判断电机转子垂直度超差和水泵转子垂直度超差的不同情况。

　　（6）结构缺陷分析：通过测量基础台板出入口振动来判断支撑刚度的情况，基础薄弱易引发振动；水泵支座刚度差、是否缺少筋板、支座法兰厚度太薄、电机支腿数量和厚度、电机框体刚度等，常常导致振动问题的发生。通过不同位置振动的细微差值和临时增加刚度措施，一般能很容易的判断问题所在。但要注意通过焊接增加刚度的同时要尽量减少附加变形的发生。

　　5结束语

　　振动故障诊断技术是理论实践结合密切的专业技术，需要长期的实践摸索才能够逐渐的深入掌握，随着振动诊断成功经验的积累，以及超声波诊断技术、Ansys有限元分析技术等越来越多新技术的应用，将会极大促进故障诊断成功率的提高。

　　参考文献：

　　[1]施维新.汽轮发电机组振动及事故.北京：中国电力出版社，1998.10.