电厂前置泵异常振动分析与处理

华能平凉发电有限责任公司 侯军军 张 东 赵新军 任广军 杨雪燕 华能平凉发电有限责任公司 孔垂鑫

1 引言

随着现代科学技术的发展，各类先进的状态检修及机械故障诊断手段层出不穷。状态检修技术是综合利用振动、超声、红外等多种先进的分析手段，综合判断设备的运行状态或故障原因，提前发现设备缺陷，跟踪故障劣化趋势，为运行操作和检修决策提供可靠的数据支持。

2 前置泵概述

FA1D56前置泵是水平、单级双级离心泵，由壳体、叶轮、轴、叶轮密封环，轴承，轴封、联轴器和泵座构成。为双蜗壳体、高质量的碳钢铸件，叶轮是双吸式、不锈钢铸件，在自由轴上装有一双向推力轴承。轴为不锈钢锻件泵装有滚动轴承，装有机械密封，泵与电机之间的叠片联轴器中传递扭矩。

其主要参数：型号：FA1D56；型式：卧式轴向中分泵壳型，单级双吸离泵；出口压力：1.84MPa；扬程：100m；效率：82.6%；轴功率：192.3kW；进口水温：166℃；转速：1480r／min。

3 异常振动现象描述

2021年9月22日，#1机组前置泵运行时水平和轴向振动均有不同程度的增加，自由端轴承温度较平时高2-3℃，同时泵在运行时出现不规则的异音，驱动端及电机轴承温度均正常，电流无明显变化，且电机振动温度均正常，可以确定为泵自身的缺陷。现场检查机械密封运行正常，每日巡检自由端振动值测量，振动值有缓慢上升趋势，数据如表1所示。考虑到前置泵轴承于2020年9月更换，轴承运行周期短，暂对轴承加注润滑油观察运行。加注润滑油后振动有所改善，但仍处于报警值范围，振动值如表2所示。

表1 自由端振动值（加油前）

表2 自由端振动值（加油后）

从机务角度出发，轴承处振动及温度增大的原因主要有以下几个方面：一是轴承润滑油质不合格、供油量不合适。当油脂量不足时，润滑效果大打折扣，轴承滚珠与外圈摩擦加剧，产生了大量的热，使得轴承温度上升。当油脂量过多时，轴承游隙变小，使得热量不容易散发，并且油脂的分子间作用使得轴承运转的阻力加大，从而造成轴承升温。二是润滑油脂选型不合适。当温度在100℃以上时，油脂的粘度发生变化，粘度变小影响了润滑效果，轴承就会出现油温升高或者异响。通常情况下，由于滚道和滚珠会发生形变，从而导致油膜的设计值偏小，所以实际安装的油膜值要大于设计的油膜值。三是轴承冷却水冷却效果差。主要包括水量不够以及冷却水管道堵塞导致的水速不高。四是轴承的装配问题。轴承的装配质量问题主要是轴承安装不到位，主要包括以下几种情形：由于轴承的加热温度不够高，在安装过程中由于轴承内孔发生了收缩，致使安装不到位；轴肩表面、轴承内孔或泵轴外表面等装配面上有毛刺或突起缺陷，导致安装不到位；轴承安装没有问题，但是由于缺少适当的预紧力，从而导致冷却后的轴承与轴肩之间存在间隙。五是轴承游隙过小。过盈配合的方式会使得轴承游隙过小，这样就会使轴承滚珠与外圈摩擦增大导致轴承温度升高。

结合以上现象，通过常规检测手段，如听诊棒对振动进行分析，自由端轴承存在明显异常摩擦声音，初步判断振动大的原因主要在轴承上。于是联系精密诊断人员使用振动分析仪对振动故障排查。

4 频谱分析及故障诊断

4.1 前置泵现场布置图（如图1）

图1 现场布置图

4.2 通频值分析（如表3）

表3 通频值分析

通频值是振动最原始的、未经傅里叶级数变换的所有原始振动信号。我们可以测量设备的通频值，根据国家或行业振动标准判断设备的健康状况。从振动通频值看出，振动最大值位于泵自由端，其轴承垂直方向振动达6.72mm/s，水平方向方向振动达4.67mm/s，轴向方向振动达8.8mm/s，超过振动危急值（ISO10816标准小于7.1mm/s）。

4.3 振动频谱分析

从低频频谱可以看出，8X 以下低频无明显特征频率，基本可以排除不平衡、基础松动等故障。而在8X 频率以上频谱范围出现大量振动频率成分，分别为8.442XHz、9.442XHz、10.442XHz。而9.442 XHz 恰好为自由端轴承（型号：SKF30314）内环故障频率，振动值为2.83mm/s，其余两个频率成分为内环故障频率边带。频谱图如下图2所示。

图2 频谱图

另外，通过解调谱也可以看出内环故障频率处冲击量达2.6g，如下图3所示。为进一步验证轴承故障严重程度，查看波形解调谱振动趋势，振动冲击值最高达71.88g（正常为10g 以下），进一步确定轴承已处于晚期故障阶段，综合分析判断，泵自由端轴承故障造成设备振动超标，需立即安排检修。

图3 冲击解调谱

5 解体检修与修后振动分析

2021年9月30日，检修人员对该泵解体检修，发现自由端轴承内环及滚珠表面存在明显金属剥离，个别滚珠表面有明显凹坑，更换轴承后回装试转。

检修后，前置泵振动处于正常水平，综合日常巡检及本次检修情况，对本次轴承损坏的原因归纳为以下两点：一是轴承长期润滑不良造成滚珠表面损伤；二是轴承可能存在缺陷。通过对频谱再次测量，轴承故障频率消失，通频值振动由6.72mm/s降低至1.13mm/s，振动良好，说明轴承故障是引起此次前置泵振动的原因。

6 结语

前置泵作为汽机重要辅机，引起其振动的原因有很多，振动大容易造成大的故障，只有结合设备构造、运行方式、设备原始振动等综合分析，才能对症判断，进行针对性的处理。

通过本次对前置泵振动大的原因进行频谱分析，在设备不解体的情况下，准确找到了振动的根源，制定了有针对性的处理方案，同时为今后故障诊断分析处理有一定的借鉴、参考作用。