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大型長軸深井泵的振動(dòng)故障分析

http://mamafrist.com 2015年09月19日        

        攀鋼在金沙江上游建有一大型深井泵站,泵站由2個(gè)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(shí)間的安裝及維護(hù)檢修過程中,對其振動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)故障的判斷    泵與電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生振動(dòng),在有條件時(shí),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(dòng)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(jì)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(dòng)故障時(shí),要進(jìn)行分析計(jì)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(shí)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(shí)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)子的不平衡是最主要和常見的振動(dòng)原因,如:17#、19#電機(jī),用速度測振儀(位移計(jì))測得電機(jī)振動(dòng)速度為9.8-l0mm/s,對照IS02372振動(dòng)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(shí)將電機(jī)轉(zhuǎn)子置于兩條鋼軌之上,用手推動(dòng)轉(zhuǎn)子來回滾動(dòng)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(dòng)直至轉(zhuǎn)子在隨意位置都能停止時(shí),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(shí),就需要將電機(jī)轉(zhuǎn)子作動(dòng)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(jì)測得振動(dòng)速度值在2.1 mm/s左右。
        (3)對已正常使用過一段時(shí)間的電機(jī),其振動(dòng)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(dòng),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(shí),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€(gè)深井泵傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)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(dòng)。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(dòng),同時(shí)這三個(gè)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(dòng)中必將造成揚(yáng)水管及軸等劇烈振動(dòng)。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(dòng)間隙。安裝及裝配間隙誤差是造成泵體振動(dòng)的重要原因。
        (2)傳動(dòng)軸的渦動(dòng)。渦動(dòng)又稱“甩轉(zhuǎn)”,是旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生的一種自激振動(dòng),它既不具有自由振動(dòng)的特征,也不屬受迫振動(dòng)的類型。它的特征是軸在軸承間表現(xiàn)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),這種振動(dòng)并不是在轉(zhuǎn)軸到達(dá)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)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(dòng)方向與軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反,這種情況又稱軸的抖動(dòng)。特別是深井泵傳動(dòng)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(shí),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(shí)等情況下,更易出現(xiàn)抖動(dòng)。在某一瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)反時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩和一個(gè)作用在軸頸中心的力,這個(gè)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(dòng),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(dòng)。    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(shí)間稍長還會使橡膠軸承燒損。
        (3)超負(fù)荷引起的振動(dòng)。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(dòng)時(shí),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(dòng)蝶閥和手動(dòng)閘閥。在泵起動(dòng)同時(shí)打開電動(dòng)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(dòng)閘閥關(guān)閉,排氣不及時(shí)等,必將造成泵體的劇烈振動(dòng),并很快燒損推力瓦,如15#、17#泵即是如此。
        (4)出口湍流振動(dòng)。在泵出口依次設(shè)置Dg500短管、止逆閥、電動(dòng)蝶閥、手動(dòng)閥、主管及水錘消除器,水的紊流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生無規(guī)則的脈動(dòng)現(xiàn)象,加上各閥的阻擋,局部阻力較大,引起動(dòng)量的變化及壓力的變化,作用于管壁上及泵體上使其振動(dòng),這可以觀察壓力表數(shù)值的脈動(dòng)現(xiàn)象來說明。紊流中脈動(dòng)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(shí),系統(tǒng)就要吸收能量并引起振動(dòng)。為減少這種振動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸總長24.94m。在泵運(yùn)轉(zhuǎn)中,存在著不同角頻率的主振動(dòng)的疊加。角頻率不同的兩個(gè)簡諧振動(dòng)合成后的結(jié)果不一定是簡諧振動(dòng),即泵體內(nèi)部存在兩自由度的扭轉(zhuǎn)振動(dòng),這是不可避免的。這種振動(dòng)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(dòng)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(dòng)。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(dòng),這又是一個(gè)兩自由度的振動(dòng)系統(tǒng),當(dāng)其中一臺電機(jī)振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)在不帶負(fù)載試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),即彈性聯(lián)軸器不連接而空轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí),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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