中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司 宁夏银川 750000
摘要：随着网络技术的飞速发展，也相应地出现现代化设备管理模式。文章对机泵振动分析与消振对策进行了研究分析，以供参考。
关键词：立式泵；振动分析；消振
1前言
机泵群在线状态监测系统（ConditionMonitoringSystem，CMS）是对机泵旋转部件进行振动监测，通过对机泵振动信号的在线采集、处理和分析，可以及时发现机泵故障、评估机泵的健康状态、预测部件的剩余寿命，以便有计划地合理安排机泵的检修工作，更好地保障机泵的正常运行，节省维护费用。目前需要安装在线振动状态监测系统，用于评估机泵的状态，早期发现并跟踪设备故障。装置应具备在线故障监测、及时发现故障、分析故障程度和提出检修建议等功能，确定更换寿命，避免部件过早更换；制订合理的批次更换检修计划，减少单个更换带来的重复成本。
2轴系质量不平衡
立式泵轴系较长，由多段轴连接而成，各轴段均可能产生明显的质量不平衡。质量不平衡产生的原因主要有：原始质量不平衡、连接偏心、磨损及弯曲变形。
2.1原始质量不平衡
原始质量不平衡是指泵转子、电动机转子、对轮或连接轴因原始质量分布不均匀而产生质量不平衡的现象。主要原因是在出厂时动平衡没有做好，存在较大的残余不平衡质量。原始质量不平衡的判断比较简单，频率成分为稳定的工频成分，振动不随时间、工况而改变，仅与转速有关，共振区域外，振动随转速升高而升高。现场检修中，可通过电动机单转测试来判断不平衡质量的位置，以区分不平衡质量是在电动机转子上还是泵转子上，或者二者均存在。现场一般在电动机风扇或联轴器上加重进行动平衡处理。
2.2连接偏心
连接偏心主要指各部件连接配合出现偏心，导致轴系出现质量不平衡。对于立式泵而言，叶轮与轴的配合、各轴段之间的配合、两半联轴器间的连接，因为加工误差、检修精度等原因都会导致部件中心出现偏斜，产生质量不平衡。连接偏心产生的质量不平衡主要出现在检修之后，在检修中由于装配误差、对中不良等因素，导致部件出现偏心，产生质量不平衡。从频谱上看，主要为工频成分，不对中还会产生一些2倍频成分，如有连接松动的问题则还会存在一些谐波成分。振动主要与转速有关。现场判断上主要结合修前修后泵组振动情况以及检修中所做检修工作来判断。振动处理上，在连接偏心不严重，连接紧固的情况下，主要通过动平衡手段解决。偏心严重或者连接存在松动的情况下，则需进行相应检修处理。
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2.3磨损及弯曲变形
磨损及弯曲主要指旋转部件因为磨损或受热而变形弯曲，导致轴系出现质量不平衡。对于立式泵来说，主要指叶轮不均匀磨损，电动机转子的受热变形，膨胀不均，连接轴的弯曲变形等。磨损及弯曲一般发生在机组运行中。由于局部间隙偏小发生碰磨，导致叶轮或轴的不均匀磨损；由于电动机转子的不均匀受热，导致电动机转子的不均匀热态变形。从频谱上看，由于弯曲变形后产生轴系质量不平衡，因此主要为工频成分。磨损及弯曲变形主要出现在运行中，随时间逐步发展，磨损越严重，弯曲越厉害，振动值越大。而电动机受热变形主要出现在带载运行中，是由于电气故障或者冷却不均匀导致的不均匀变形，单转电动机时由于发热量较小，变形量较小，振动一般较小，而带载后发热量大，变形量大，振动会明显变大。振动值大小与电动机带载大小有关。对于叶轮或轴的磨损弯曲一般通过检修调整间隙处理。对于电动机转子的受热变形，在没有严重电气故障的情况下，主要通过动平衡手段，降低热态不平衡质量。
3支撑动刚度弱影响振动的因素
主要有两个：激振力和支撑动刚度。支撑动刚度因素主要包含结构刚度、连接刚度、结构共振等。
3.1结构刚度弱
大型立式泵，轴向高度较高，水平向较窄，整体呈现瘦高型，致使其水平向刚度较弱。同时，在下部泵体支架或者电机支架上一般都有较大的检修口，检修口方向的结构刚度会进一步削弱。立式泵结构刚度弱引起的振动主要体现在水平方向，有检修开口方向振动通常更大。刚度弱会使结构在较小的激振力下产生较明显的振动。立式泵的激振力来源主要是转子不平衡力，因此现场多通过精细动平衡手段来进一步降低转子激振力，从而减小泵体及电机振动幅值。检修开口方向刚度严重偏弱的，可在开口方向加焊加强筋，增加该方向的结构刚度。
3.2连接刚度弱
由于轴向支撑面较多，一般在泵体及电动机中间存在一到两个支架（泵支架和电动机支架），在接触不良、连接紧力不够的情况下，会出现因连接刚度较弱而引发的振动问题。从现场处理经验来看，各支架结合面、泵座与水泥基础间的安装结合面比较容易出现连接刚度弱化的问题。主要原因有接触面变形、不平整；泵座基础不均匀沉降、二次灌浆松动；结合面螺栓连接紧力不足。现场可以通过测试结合面处差异振动大小，来判断是否存在连接刚度弱的问题。振动处理上主要通过检修手段，消除引起连接刚度弱的因素。在连接刚度较弱时，动平衡手段往往不能达到较好的效果，且重复性较差。
3.3结构共振
近年来各电厂为节能增效进行的变频改造，大大地拓宽了立式泵的工作转速区域，甚至涵盖了设备的结构共振区，导致泵体在某些运行频率下出现结构共振，以至于许多泵组的变频器无法正常投运，对机组的安全性和经济性均造成了严重影响。结构共振主要由两个方面引起：一是结构件设计固有频率未避开运行转速区间；二是因为连接松动、裂纹等原因导致结构件的固有频率下降，落入运行转速区间。从过往统计来看，凝泵在运行转速区间内均存在一个或多个共振峰值，主要为同步共振及次谐波共振。现场处理中，在排除连接松动及裂纹等故障后，主要通过加固及动平衡手段来进行治理。从目前现场治理经验来看，大部分结构共振问题能够通过精细动平衡手段，降低转子激振力，使轴系振动值降至合格或优秀水平。但仍有部分立式泵，由于其存在检修口的原因，水平两个方向共振频率不一致，而现场平衡位置又非常受限，无法通过动平衡手段来有效降低共振区间振动水平。对此，可以结合模态分析手段，对支撑薄弱部位进行加固，使其固有频率高于最高运行转速。或者在运行中设定跳跃频率点及带宽，避开变频改造后在共振区间运行。还有一部分共振问题比较特别。比如双速改造后的循泵，改造后高速振动较大，而低速振动较小，主要为2倍频或者3倍频成分，一般水平向一个方向较大，另一个方向较小。高低速之间仅差10~99r／min，而振动值却可以相差100~200μm，电机单转时振动也较大。由于主要发生在双速改造后，且从现场测试来看，转速偏差几转振动便会降至较好，所有经常会误诊，认为是电气改造的影响，为电气故障所引起。从现场试验验证来看，这属于典型的结构共振问题，只是其共振区间较窄。对此类问题的处理，一是在顶部进行加固，改变固有频率，增加结构刚度；二是适度改变高速运行转速，一般只需转速变化10r／min左右，振动值便能大幅度下降。现场还有些因流体原因引起的共振问题，除壳体加固改变固有频率外，还应从激振力着手，消除流体因素产生的激振力。
结束语
从大型立式泵的结构特性着手，结合变频改造的影响，对大型立式泵产生振动的原因进行归纳分析，并从现场分析及处理角度提供相应的建议。为该类型水泵的检修、维护及振动分析处理提供参考。
参考文献：
[1]陈伯权，刘明军，吴志强.600MW机组凝泵变频运行振动分析及治理［J］.浙江电力，2013（1）：56-58.
[2]熊丽萍，王福忠.凝泵变频改造浅析［J］.机电工程技术，2013，42（10）：29-33.
论文作者:张瑞
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/22
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