柴油泵振动故障诊断及改造

作者:孙克盛 文章来源:PROCESS《流程工业》 点击数:35 发布时间:2017-07-26
利用频谱分析技术实现预知性维护
柴油泵振动故障诊断及改造

某石化厂柴油泵在试运行时振动大,振动烈度在C区,不能满足设备长期安全稳定运行的要求,利用频谱仪测试分析了泵振动超标的原因。通过对叶轮和泵体喉部的改造,泵的振动烈度有了大幅度的下降,改造后泵的振动烈度达到了B级水平,满足设备安全稳定运行的要求。

近年来,越来越多的大型旋转机械被应用到炼化企业的生产当中,旋转机械的状态监测与故障诊断技术保障了这些机组设备的正常运转,因此振动状态监测技术得到了重视和应用。当机械非正常运转时,通过对振动信号的分析和处理,能够确定其产生的原因。在机械设备维修中,采用频谱分析法对设备故障进行分析和诊断,可有效指导设备检修,节约检修费用,避免非计划停车,实现计划检修,提升设备管理水平。

柴油泵的结构为OH2型。泵出厂时性能参数如表1所示。

该泵自试运行以来,整机振动较大,若振动降不下来,会严重影响整个装置的顺利投产。现场采集到的频谱数据如下:

从采集到的振动数据来看,该泵长期运行于C区,应该采取相应补救措施,以保证装置的安全平稳运行。

图1 泵结构图

根据中华人民共和国国家标准GB/T 29531-2013《泵的振动测量与评价方法》中规定,泵按照中心高及泵的转速分为四大类。将振动烈度等级分为四等,分别为A、B、C、D四个级别, D级为不合格状态。该柴油泵为II类设备,B级的振动烈度应该为2.8 mm/s以下,该泵试运行时,最大振动烈度达到4.89 mm/s,评定为C级,属于不良运行状态。

 

原因分析

图2 泵改造前非驱端频谱图

从以上频谱图中可以看出振动峰值在200Hz时的峰值最高。泵转速为2 950 r/min,200 Hz属于4倍频,叶轮的叶片数为4片,4倍频是叶轮的叶片通过频率,跟叶轮的水力匹配度有关系;一倍频大多是因为转子不平衡,它与轴和叶轮的动、静平衡有关系。

该泵的叶轮为四叶片,泵体双涡壳,在运行过程中产生扰动,在叶片与蜗壳喉部位置产生激振,表现出叶片数的整数倍频,当激振频率与系统的固有频率一致时,就会产生共振,使得振动值剧增。

泵的轴承体强度不足,轴承悬臂比偏大,当悬臂比偏大时,在泵运行过程中,由于轴的绕性大,对泵振动产生影响。

改造方案

通过改变叶轮水力来降低振动

通过改变叶轮叶片数及吸入性能减小叶轮与蜗壳的耦合。采用的措施如下:

增大进口安放角,减少叶片的弯曲,增大叶片进口过流面积,减少叶片的排挤。

减小叶片的包角,为了保证叶轮在切割后仍能保证较大的性能,故在包角优先范围内选择较小的叶片包角。

减小叶片宽度,泵的高效点偏大流量点,在设计新叶轮时将叶片宽度由35 mm降为28 mm,这样高效点就会往小流量偏移,叶轮运行在高效点时泵的振动最小。
将叶片数由4片改为5片,增大了叶轮的扬程系数。

图3 泵改造后非驱端的频谱图

从图3可以看出,泵的振动烈度有了大幅度的下降,振动烈度的测量值只有1.3 mm/s,达到了B级振动水平,能够长时间安全稳定运行,说明改造方法可行。
通过改变悬臂比来降低振动

在不影响安装空间的条件下增大了轴承跨距,由原来的146 mm增大到170 mm,使悬臂比由原先的1.53减小到1.32,同时增大了轴承箱体的壁厚及连接强度,提高了轴承体的强度、刚度及稳定性。

结语

柴油泵工艺系统复杂,连续稳定生产要求高,这次利用频谱分析对存在缺陷进行分析及改进,成功消振,不仅提升了设备可靠运行,还体现了故障诊断技术对转动设备安全运行的重要性。利用频谱分析监测峰值能量技术,时刻关注其峰值能量的发展趋势,可以发现振动的早期故障征兆,避免突发事故,及时准确地诊断设备故障,实现预知性维修,优化设备运行,保障装置安全生产。

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