大型長軸深井泵振動故障分析|資料
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)場對電動機及泵進行簡易判斷的方法。
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揚水管內(nèi)徑：500mm揚程：80m橡膠軸承潤滑介質(zhì)：清水不含電機時單機重：14t立式電機型號JKL15-6額定功率：500kW額定電壓：6000V額定電流：60A電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量：58kg·m2電機重：4t電機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最高已接近20%。
二、振動故障的判斷泵與電機運轉(zhuǎn)中發(fā)生振動，在有條件時，首先應斷開兩者之間的聯(lián)軸器，分析振源是來自于泵還是電機，并仔細檢查立式電機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.電機振動源及判別
(1)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速是否接近臨界轉(zhuǎn)速。可以通過計算電機軸的扭轉(zhuǎn)剛度及電機扭振頻率是否同電機臨界轉(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，發(fā)生振動故障時，要進行分析計算。電機轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速應至少低于臨界轉(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)速時應分析到二階和三階等主要臨界轉(zhuǎn)速。
(2)電機轉(zhuǎn)子的不平衡。電機轉(zhuǎn)子的不平衡是最主要和常見的振動原因，如：17＃、19＃電機，用速度測振儀(位移計)測得電機振動速度為9.8-l0mm/s，對照IS02372振動速度標準，III類機械應小于4.5mm/s，而在9.8-l0mm/s狀態(tài)下，用測振儀測得電機振幅值達到0.30mm。為了摸清電機轉(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。檢查時將電機轉(zhuǎn)子置于兩條鋼軌之上，用手推動轉(zhuǎn)子進口計量泵來回滾動多次，每次待其靜止后，在轉(zhuǎn)子下面作上標記。用粘性物粘貼在偏重位置的對稱點上，再對轉(zhuǎn)子進行多次轉(zhuǎn)動直至轉(zhuǎn)子在隨意位置都能停止時，確認電機轉(zhuǎn)子已達到靜平衡狀態(tài)。以等效質(zhì)量取代粘貼物，完成電機轉(zhuǎn)子的平衡工作。如采用上述方法仍不能解決問題時，就需要將電機轉(zhuǎn)子作動平衡檢驗。上述兩臺電機即在轉(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，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，電機振幅值在接近標準值時，即認為還在合格范圍內(nèi)的情況下，帶負荷以后往往電機振幅值將超標，這是因為整個深井泵傳動系統(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，揚水管及泵頭(不包括濾網(wǎng))總長為26m，均為懸空掛置，如果揚水管垂直度偏差過大，在泵轉(zhuǎn)動中必將造成揚水管及軸等劇烈振動。揚水管垂直度超差過大還將在泵運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生交變應力，引起揚水管的斷裂。深井泵裝配完后，揚水管在總長度范圍內(nèi)，垂直度誤差應控制在士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)運動，這種振動并不是在轉(zhuǎn)軸到達臨界轉(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，其力學效應相當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)運動。這已被我們在日常運轉(zhuǎn)中的情況所證實，這種情況持續(xù)時間稍長還會使橡膠軸承燒損。
(3)超負荷引起的振動。泵體推力瓦采用錫基巴氏合金，其允許負載為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，閥門應完全開啟，短管應有相應長度并加設(shè)支座。按此處理后，振動值明顯減小。
(5)深井泵的扭振。長軸深井泵與電機的聯(lián)接采用彈性聯(lián)軸器，傳動軸總長24.94m。在泵運轉(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的進油油楔情況下，我們將原設(shè)備隨機說明書中規(guī)定的68#機油改換成100＃機油，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，每臺泵與電機的集中質(zhì)量達18t，兩臺相鄰泵在同一框架梁上的運轉(zhuǎn)振動，這又是一個兩自由度的振動系統(tǒng)，當其中一臺電機振動嚴重超標在不帶負載試運轉(zhuǎn)時，即彈性聯(lián)軸器不連接而空轉(zhuǎn)電機時，另一臺正常運轉(zhuǎn)泵的電機振幅值升至0.15mm左右，此種情況不易被察覺，應引起注意。
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