摘要：水泵机组在运行的过程中，经常会出现故障问题，在水泵机组故障诊断过程中，经常接触并且影响最大的就是振动故障，剧烈的振动不仅会加剧设备损坏程度，严重时还会造成机组损坏导致停机，影响供水安全，因而振动异常是水泵机组运转中隐患和缺陷的综合反映，是故障发生的信号。通过对某水厂５＃配水机组振动超标故障的频谱、幅值、相位和波形进行深入分析，从而区分出水泵机组振动故障类型，并提出了应对振动故障发生的建议措施。
关键词：水泵机组；振动监测；频率；联轴器；轴承
引言
汽动给水泵是将除氧器中具有一定温度和压力的水连续输送至锅炉的设备，在机组的运行中发挥着重要的作用。凝结水泵的变频调节原理是：在运行过程中，根据汽轮发电机组的有功负荷及除氧器水位要求，通过变频调速方式降低电动机的运行转速，从而降低能耗，达到调节效果。
1振动的形式
旋转设备中的振动方式主要分为两种：一是自激振动，表现为机械振动的频率与其旋转部分（即转子）的转速存在差异，从而导致转子与定子在相对运动中存在不断相互作用的交变力，特别是在机组运行过程中升速或超速（大于临界转速）的情况下突然发生，这经常是构成突发性故障的主要原因；二是强迫振动，它是由于设备联轴器在对中、耦合过程时误差过大，安装偏差或转轴出现一定程度的弯曲造成的，其振动特征频率为转子的转频及其倍频。
2引起循泵振动的原因分析
①电气方面。循环水泵电机内部磁力及其相关电气系统运行状态失衡，定转子磁力中心位置存在偏差，或各方向上气隙大于限值，很可能使电机运行过程中产生周期性振动并伴有噪音。②机械方面。电机和水泵转动部分质量不均衡，安装过程与设计要求不符，机组中心偏差过大，摆动幅度超出设计限值，各部件的刚度和机械强度较差，轴承及密封部件产生了较大磨损，轴瓦间隙超标，水泵临界转速出现与机组固有频率引起的共振等，都可能使设备出现大幅振动。③其他方面。循泵进水通道结构设计不科学，循泵结构整体性差，循泵淹没程度与实际要求不符，循泵启停操作不符合操作规程，均可能发生汽蚀振动。或者启动过程中未能及时排走空气；循泵基础不达标造成不均匀沉降，同样会引发振动。每次电机脱开空转，上部最大振动在0.015mm，排除电机的故障。从水泵历次损坏情况分析，外接管的垂直度不好导致水泵轴系整体偏斜，水泵轴系中心不正，致使泵轴与轴承偏磨，造成轴承及对应轴套产生磨损，并产生扭力，造成内接管螺栓断裂。另外整台循泵外接管较长大约有5m左右，出口法兰以下就是悬空布置，且叶轮室在水泵下部，机组振动大后引起出口法兰螺栓断裂，随后产生剧烈摆动造成上外接管与支撑板螺栓半圈断裂，叶轮与叶轮室碰磨。此次检修除常规泵体设备的修复之外，着重调整外接管的垂直度和外接管下部进行固定。
3处理方案
3.1共振现象
①将电机转子与泵体作为一个整体系统重新校正其动平衡，添加配重块后，从而减小激振力；②加固凝结水泵基础或电机，改变其支撑刚度，从而改变系统的固有频率，避开共振转速区。
3.2水泵部件的修复
①将叶轮返厂补焊后车削做动平衡，误差在50G以内。叶轮室返厂车削，叶轮与叶轮室锥面配合接触面对中调整。②导叶体下轴承支架重新焊接，保证与中间导轴承同心。③导叶体上部内护管螺栓孔重新攻丝。④上、下两根泵检查轴晃度应小于0.10mm。⑤更换所有轴套及导轴承，测量导轴承间隙为：0.20mm、0.31mm、0.24mm，符合标准要求。
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3.3加速度传感器
设备轴承座振动测量采用的是压电式加速度传感器，属于惯性式传感器。原理是利用某些物质的压电效应，当物体的振动传递到加速度传感器时，压电元件上受力不断变化。当被测振动频率远低于加速度传感器的固有频率时，由于力的变化正比于被测加速度，由此便可测出被测物体的振动加速度，通过积分得到振动速度。振动采集加速度传感器频率响应范围为0.5Ｈｚ～14ｋＨｚ，通过信号线连接至分析仪，使用非常方便。振动监测人员每隔一定周期都要对水泵机组的振动情况进行数据采集记录并导入数据库，且可随时分析数据库中的信息，目前集团设备监测数据存入设备健康管理系统，便于相关技术人员查看。
3.4轴承
滚动轴承主要由内圈、外圈、滚动体和保持架组成，是机械中的易损件。在运行过程中，可由于安装不当、润滑不良、过载等原因引起损坏，或是正常运行过程中出现疲劳和磨损等现象而引起轴承失效，致使设备不能正常工作。而轴承的失效主要表现为轴承的振动与噪声加剧，发热量增大，振动特征发生变化。而轴承失效形式也是以某个零件或几个零件产生缺陷的形式出现，主要为轴承内圈、外圈、滚动体和保持架故障。因此，当轴承运行过程中出现问题时，不同缺陷位置会产生一系列特定频率特征的重复冲击，并有其特有的振动频率和振动特征，而此故障频率可以根据轴承几何结构与尺寸进行计算。通过电机速度谱分析，发现在125Ｈｚ左侧附近出现了第二峰值，由于已经排除了电机存在电气故障的可能性，而在同频率的状态下，水泵并没有该振动峰值，因此把关注点转向了电机轴承是否会存在问题。
3.5高频振动
按振动故障频谱特征，一般可分为低频振动、普通强迫振动（工频为主）高频振动。低频和工频振动故障比较常见，对于这些类型的振动，目前已经积累了很多类似的经验，但是对于高频振动，所遇到的案例较少，没有过多的经验可以借鉴。当转子受到不断冲击的时候，在频谱上就会发现某一高频分量，并且此高频分量较大，甚至会达到通频值的50%以上。高频振动具有较高的能量，即使是在同样的振幅下，5X分量产生的交变力是1X的5倍，因此这种振动的破坏力较大，很容易导致轴瓦的损坏，而轴瓦损坏后又会使振动进一步加剧，高频振动一般有一个发生和发展的过程，对此我们也不必过分担心。对于给水泵的高频振动，汽蚀是一个主要的原因，这于汽蚀的形成机理有着密切关系的。给水泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处），因为某种原因，抽送液体的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力时，液体便在该处开始汽化，形成气泡，这些气泡随液体向前流动，至某高压处时，气泡周围的高压液体致使气泡急骤地缩小以至破裂。在气泡破裂的同时，液体质点将以高速填充空穴，发生互相撞击而形成水击。此时，流体以极高的流速向气泡原先占有的空间冲击，形成局部的水力冲击而产生高频振动。
结束语
综上所述，运用振动监测技术对旋转设备特别是水泵机组内部故障的早期发现，有着积极的意义。常规监测手段只能对外部特征明显、发展到一定阶段的设备故障进行检测，对于部分潜在隐患却难以把握。而采用设备振动监测技术却可以有效解决。其次，它能确保设备不因突发性事故导致损坏。设备故障规律一般表现为：早期缺陷形成之后会经历缓慢发展，一旦出现特定条件，故障则呈现出快速发展的趋势，最终导致事故的发生。设备早期缺陷一旦被检测发现，就可以根据设备状态决定是检修还是继续运行，避免事故的发生。
参考文献
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论文作者:彭文波
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：水泵论文; 机组论文; 轴承论文; 故障论文; 设备论文; 叶轮论文; 频率论文; 《电力设备》2019年第4期论文;