基于频谱分析的离心泵振动故障诊断与处理

李 亮 雷 宇 杜仲军

（中国石油克拉玛依石化有限责任公司）

在炼化企业中，转动设备的故障率一直居于前列，其中转动设备的振动故障率高、损坏程度大而且处理相对复杂。笔者通过对某炼化企业离心泵振动故障进行分析、判断，采集相关数据并采用频谱分析，结合设备实际运行情况确定故障原因并提出解决措施，为同类转动设备的振动故障诊断提供借鉴。

1 部件松动表现的不平衡

转动设备振动主要频率多表现为以基频为主的不平衡，确定不平衡的原因是解决该类问题的核心。

某装置余热锅炉循环水泵P-2281/A为悬臂式双吸单级离心泵，输送介质为循环热水，介质温度80℃，泵入口压力4.4MPa，出口压力5.0MPa。通过监测仪器发现，循环水泵P-2281/A振动超标主要表现在驱动端垂直方向，其他各振动值均处于良好状态。

1.1 故障分析与诊断

离心泵是由各部件按照标准组装而成，它的每个部件都有各自的固有频率，而各类故障频率也都较有代表性，目前采用较为广泛的是频谱分析，它的主要判断依据是不同故障情况的频率分布和振幅大小各有不同［1］。

图1 P-2281/A驱动端垂直方向频谱图

分析图1所示的P-2281/A驱动端垂直方向的监测频谱图，再结合循环水泵P-2281/A的实际运行情况，分析总结其主要存在的故障特征［2］如下：

a.特征频率主要表现为1倍频并伴有其他谐波频率，尤以3倍频、4倍频显著［3］；

b.设备运行期间，监测到的振动值波动较大，而该离心泵运行期间出口压力和流量均无明显变化趋势；

c.150、200Hz表现突出，且带有边频，存在轴承故障的可能性；

d.除泵驱动端垂直方向振动超标外，其余各部振动均较小（图2）；

e.频谱图中无2倍频出现，可以排除不对中情况。

图2 P-2281/A驱动端水平方向频谱图

部件松动也可以理解为一种动不平衡情况。余热锅炉循环水泵为悬臂式双吸单级离心泵，考虑到设备运行温度比较高，泵联轴器端设有铸铁材料的风扇固定在轴上用于设备风冷散热，结合该部位振动大且有波动，而其他各部振动均较小的实际情况，判断振动的原因很可能是风扇存在缺损、松动等造成该泵振动超标情况的出现。

1.2 检查验证

经分析，判断循环水泵P-2281/A振动超标的主要原因是风扇缺损或松动，有针对性地制定检修方案，即仅检查泵风扇，不对泵体进行拆除检查。检查结果发现：

a.泵铸铁材料的风扇表面结垢严重，主要是多年运行未清理造成的灰尘积聚，风扇外壳内同样存在该类问题，而且明显与风扇叶片存在一定的直接刮擦；

b.风扇叶片与轴配合间隙过大，卡簧无法完全固定风扇，在泵运转过程中，风扇在轴端出现晃动，诱发该泵联轴器端垂直方向振动偏大，表现为部件松动的多倍频高现象；

c.风扇外部防护罩内积聚的灰垢造成风扇旋转过程中出现刮擦，可能是振动波动幅度相对较大所致（图3）。

根据检查情况，清理泵风扇并重新对配合间隙进行处理，再次投运后各部振动均恢复至正常状态。

维修结果表明：振动超标的故障原因与前期的故障诊断相吻合。

图3 泵P-2281/A风扇检查情况

2 轴瓦问题导致的不平衡

某装置原料泵P-2101/A运行期间存在振动超标的问题，由于该泵为装置关键设备，其运行的可靠程度直接影响装置的平稳运行。该泵为双支撑多级离心泵，支撑轴承采用滑动轴承形式，推力轴承为角接触滚动轴承，“背靠背”安装组合，输送介质为石脑油，转速2 980r/min，其振动表现主要为两段支撑轴瓦水平振动大，其中驱动端振动速度值为3.90mm/s（图4），非驱动端轴瓦振动速度值为4.70mm/s（图5）。

2.1 故障分析与诊断

滑动轴承运行过程处于边界润滑状态，因而会产生滑动摩擦现象，同时又伴有一定的冲击能量和势能，所以故障机理与滑动摩擦、碰摩相似。由于故障振动频率特征不明显，因此容易与其他故障相混淆，例如部件松动等。分析原料泵P-2101/A振动频谱图可以发现：

a.该泵的轴瓦水平振动速度超标，并且与垂直方向的振动速度之比为2∶1，时域波形呈稳定的周期形态，没有表现出冲击现象，表明可能存在轴瓦间隙偏大的情况，同时可能存在轴瓦预紧力不足的情况［4，5］。

图4 驱动端轴瓦振动速度值为3.90mm/s

图5 非驱动端轴瓦振动速度值为4.70mm/s

b.同时伴有2倍频、3倍频和4倍频的较弱分量，基本可以排除不对中所主导的诱因，后续对中心进行检查，检查结果均在标准要求的范围之内。

2.2 检查验证

通过对原料泵P-2101/A振动超标可能的原因进行了维修检查，具体如下：

a.设备中心复查结果合格，各部中心数据都在标准要求的范围内；

b.原料泵P-2101/A两端支撑轴瓦与轴接触情况较差，尤其以驱动端轴瓦更为明显，接触面积不足40%，这会导致转子转动过程中出现不稳定状态进而造成振动超标；

c.轴瓦预紧力偏小，非驱动端轴瓦几乎无预紧力，结合该部轴瓦振动表现出的1倍频为主的特征，判断该轴瓦振动超标与预紧力过小存在一定关系。

通过对轴瓦进行刮研和预紧力调整，该泵试运行轴瓦振动速度值恢复至2.40mm/s，设备投运正常（图6、7）。

图6 驱动端轴瓦振动速度值为2.40mm/s

图7 非驱动端轴瓦振动速度值为2.39mm/s

3 结束语

笔者通过对某炼化企业余热锅炉循环水泵P-2281/A和原料泵P-2101/A的振动数据进行采集，利用频谱分析并结合设备实际运行过程中表现出的故障特征，综合诊断故障原因，以此为依据制定检修方案并加以实施，较为经济、高效地解决了文中所述设备振动超标的问题，具有一定的借鉴意义。