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大型長軸深井泵的振動故障分析
點(diǎn)擊次數(shù)：1641 來源：更新時間：2008-06-26
    摘要：通過對大型深井泵的振動故障分析及可能產(chǎn)生振動的各種原因，提出了在現(xiàn)場對電動機(jī)及泵進(jìn)行簡易判斷的方法。
    攀鋼在金沙江上游建有一大型深井泵站，泵站由2個內(nèi)徑18m，深31m的深井及上部廠房構(gòu)成。金沙江水經(jīng)4根Dg1200管道進(jìn)人深井，深井上部在截面為1450mm×410mm的鋼筋混凝土框架梁上安有30JD-19x3型防砂深井泵20臺。我們在經(jīng)過長時間的安裝及維護(hù)檢修過程中，對其振動的原因作了一些探索。
   一、深井泵有關(guān)技術(shù)性能參數(shù)    型號：30JD-19x3，三級葉輪    流量：1450m3/h    傳動軸長：24.94m，共9根軸    泵軸徑：0 80mm    泵軸材質(zhì)：40Cr    轉(zhuǎn)速：985r/min    推力瓦油溫：＜50℃    冷卻水壓力：0.8MPa    揚(yáng)水管內(nèi)徑：500mm    揚(yáng)程：80m    橡膠軸承潤滑介質(zhì)：清水    不含電機(jī)時單機(jī)重：14t    立式電機(jī)型號JKL15-6    額定功率：500kW    額定電壓：6000V    額定電流：60A    電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量：58kg·m2    電機(jī)重：4t    電機(jī)及泵體垂直與水平方向允許振幅值：＜0.l0mm
    此深井泵要求水質(zhì)含沙量不大于0.1％，粒度不大于0.2mm，且水泵的第一級葉輪應(yīng)浸人動水位lm以下。目前在七、八月洪水期間深井泵抽取金沙江水含沙量高已接近20％。
    二、振動故障的判斷    泵與電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生振動，在有條件時，首先應(yīng)斷開兩者之間的聯(lián)軸器，分析振源是來自于泵還是電機(jī)，并仔細(xì)檢查立式電機(jī)底座與泵的連接固定螺栓是否擰緊，安裝后的水平度是否超差。
    1．電機(jī)振動源及判別
    (1)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速是否接近臨界轉(zhuǎn)速?？梢酝ㄟ^計算電機(jī)軸的扭轉(zhuǎn)剛度及電機(jī)扭振頻率是否同電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速、泵角頻率及電網(wǎng)頻率接近產(chǎn)生共振。尤其是第一次使用的電機(jī)，發(fā)生振動故障時，要進(jìn)行分析計算。電機(jī)轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)至少低于臨界轉(zhuǎn)速25％或高于臨界轉(zhuǎn)速40％左右。在分析時還要考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不能簡化成集中質(zhì)量情況，而是沿轉(zhuǎn)軸分布，因而分析臨界轉(zhuǎn)速時應(yīng)分析到二階和三階等主要臨界轉(zhuǎn)速。
    (2)電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡。    電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡是主要和常見的振動原因，如：17＃、19＃電機(jī)，用速度測振儀（位移計）測得電機(jī)振動速度為9.8-l0mm/s，對照IS02372振動速度標(biāo)準(zhǔn)， III類機(jī)械應(yīng)小于4.5mm/s，而在9.8-l0mm/s狀態(tài)下，用測振儀測得電機(jī)振幅值達(dá)到0.30mm。為了摸清電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡程度，我們在現(xiàn)場制作了兩副鋼架分別架設(shè)兩條平行鋼軌（要注意鋼架應(yīng)有足夠的剛度），鋼軌上表面處理成光滑潔面，用水平儀配合將鋼軌面調(diào)整水平并固定。檢查時將電機(jī)轉(zhuǎn)子置于兩條鋼軌之上，用手推動轉(zhuǎn)子來回滾動多次，每次待其靜止后，在轉(zhuǎn)子下面作上標(biāo)記。用粘性物粘貼在偏重位置的對稱點(diǎn)上，再對轉(zhuǎn)子進(jìn)行多次轉(zhuǎn)動直至轉(zhuǎn)子在隨意位置都能停止時，確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)子已達(dá)到靜平衡狀態(tài)。以等效質(zhì)量取代粘貼物，完成電機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡工作。如采用上述方法仍不能解決問題時，就需要將電機(jī)轉(zhuǎn)子作動平衡檢驗(yàn)。上述兩臺電機(jī)即在轉(zhuǎn)子一側(cè)增加45-5g平衡重量后，振幅值減至0.05mm，用位移計測得振動速度值在2.1 mm/s左右。
    (3)對已正常使用過一段時間的電機(jī)，其振動原因要檢查軸承間隙是否過大，轉(zhuǎn)軸座固定螺釘是否松動，轉(zhuǎn)軸是否有磨損和彎曲或某一部分繞組短路、氣隙不均，轉(zhuǎn)子與定子間環(huán)形間隙不均勻一般不得超過10％。    特別值得注意的是，電機(jī)振幅值在接近標(biāo)準(zhǔn)值時，即認(rèn)為還在合格范圍內(nèi)的情況下，帶負(fù)荷以后往往電機(jī)振幅值將超標(biāo)，這是因?yàn)檎麄€深井泵傳動系統(tǒng)振動的因素是相互影響并共同作用的結(jié)果。
    2.泵體振源及判斷
    (1)泵安裝及裝配偏差引起的振動。泵體及推力瓦在安裝后的水平度和揚(yáng)水管的垂直度超差將引起泵體的振動，同時這三個控制值又有一定關(guān)聯(lián)。泵體安裝完后，揚(yáng)水管及泵頭（不包括濾網(wǎng)）總長為26m，均為懸空掛置，如果揚(yáng)水管垂直度偏差過大，在泵轉(zhuǎn)動中必將造成揚(yáng)水管及軸等劇烈振動。揚(yáng)水管垂直度超差過大還將在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生交變應(yīng)力，引起揚(yáng)水管的斷裂。深井泵裝配完后，揚(yáng)水管在總長度范圍內(nèi)，垂直度誤差應(yīng)控制在士2mm。泵的縱橫向水平誤差< 0.05/l000mm。對泵頭葉輪靜平衡允差不大于10g，組裝完后應(yīng)有8-12mm上下串動間隙。安裝及裝配間隙誤差是造成泵體振動的重要原因。
    (2)傳動軸的渦動。渦動又稱“甩轉(zhuǎn)”，是旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生的一種自激振動，它既不具有自由振動的特征，也不屬受迫振動的類型。它的特征是軸在軸承間表現(xiàn)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動，這種振動并不是在轉(zhuǎn)軸到達(dá)臨界轉(zhuǎn)速時發(fā)生，而是在較大范圍內(nèi)發(fā)生且與轉(zhuǎn)軸本身的轉(zhuǎn)速關(guān)系較少。深井泵的甩轉(zhuǎn)主要由軸承潤滑不充分引起，如果軸與軸承間的問隙較大，則回轉(zhuǎn)運(yùn)動方向與軸的轉(zhuǎn)動方向相反，這種情況又稱軸的抖動。特別是深井泵傳動軸很長，橡膠軸承和軸的配合間隙為0.20－0. 30mm，當(dāng)軸與軸承存在一定間隙，軸與軸承不同心，中心距較大，間隙中又缺乏潤滑時，例如深井泵橡膠軸承的潤滑供水管斷裂、堵塞、誤操作造成供水不充分或不及時等情況下，更易出現(xiàn)抖動。在某一瞬時轉(zhuǎn)動著的軸頸與橡膠軸承在一點(diǎn)接觸，軸頸受到軸承給它的切向力，設(shè)力作用方向與軸的轉(zhuǎn)速的方向相反，將此力向軸心平移，其力學(xué)效應(yīng)相當(dāng)于一個反時針方向的轉(zhuǎn)矩和一個作用在軸頸中心的力，這個力平行于軸承壁接觸點(diǎn)的切線方向，并且有使軸頸下移的趨勢，因此軸頸將沿軸承壁作純滾動，相當(dāng)于一副內(nèi)齒輪，這樣就形成與軸旋轉(zhuǎn)方向相反的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。    這已被我們在日常運(yùn)轉(zhuǎn)中的情況所證實(shí)，這種情況持續(xù)時間稍長還會使橡膠軸承燒損。
    (3)超負(fù)荷引起的振動。泵體推力瓦采用錫基巴氏合金，其允許負(fù)載為18MPa(180kgf/cm2)。泵體在起動時，推力瓦的潤滑處于邊界潤滑狀態(tài)。在泵體出水口處分別安裝有電動蝶閥和手動閘閥。在泵起動同時打開電動蝶閥，由于淤沙沉積造成閥板無法開啟或人為因素造成手動閘閥關(guān)閉，排氣不及時等，必將造成泵體的劇烈振動，并很快燒損推力瓦，如15＃、17＃泵即是如此。
    (4)出口湍流振動。在泵出口依次設(shè)置Dg500短管、止逆閥、電動蝶閥、手動閥、主管及水錘消除器，水的紊流運(yùn)動產(chǎn)生無規(guī)則的脈動現(xiàn)象，加上各閥的阻擋，局部阻力較大，引起動量的變化及壓力的變化，作用于管壁上及泵體上使其振動，這可以觀察壓力表數(shù)值的脈動現(xiàn)象來說明。紊流中脈動變化的壓力和速度場不斷傳遞給泵體能量，當(dāng)紊流的主頻率與深井泵系統(tǒng)的固有頻率相近時，系統(tǒng)就要吸收能量并引起振動。為減少這種振動影響，閥門應(yīng)完全開啟，短管應(yīng)有相應(yīng)長度并加設(shè)支座。按此處理后，振動值明顯減小。
    (5)深井泵的扭振。長軸深井泵與電機(jī)的聯(lián)接采用彈性聯(lián)軸器，傳動軸總長24.94m。在泵運(yùn)轉(zhuǎn)中，存在著不同角頻率的主振動的疊加。角頻率不同的兩個簡諧振動合成后的結(jié)果不一定是簡諧振動，即泵體內(nèi)部存在兩自由度的扭轉(zhuǎn)振動，這是不可避免的。這種振動主要影響和損害推力瓦。因此在保證每塊平面推力瓦有相應(yīng)的進(jìn)油油楔情況下，我們將原設(shè)備隨機(jī)說明書中規(guī)定的68#機(jī)油改換成100＃機(jī)油，提高推力瓦潤滑油的粘度，使推力瓦油液動壓潤滑膜的形成和保持不被破壞。
    (6)裝在同一根梁上的泵相互影響引起的振動。深井泵及電機(jī)是安裝在兩根截面為1450mm x 410mm的鋼筋混凝土框架梁上的，每臺泵與電機(jī)的集中質(zhì)量達(dá)18t，兩臺相鄰泵在同一框架梁上的運(yùn)轉(zhuǎn)振動，這又是一個兩自由度的振動系統(tǒng)，當(dāng)其中一臺電機(jī)振動嚴(yán)重超標(biāo)在不帶負(fù)載試運(yùn)轉(zhuǎn)時，即彈性聯(lián)軸器不連接而空轉(zhuǎn)電機(jī)時，另一臺正常運(yùn)轉(zhuǎn)泵的電機(jī)振幅值升至0.15mm左右，此種情況不易被察覺，應(yīng)引起注意。
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大型長軸深井泵的振動故障分析