出水阀维修引起大型立式机组振动的故障分析

朱丽红

（厦门水务集团有限公司，福建厦门 361007）

0 引言

江东原水泵站有6 台立式单级双吸离心泵机组，采用双基础安装，电机层布置6 台立式电机，水泵层相应配置6 台立式水泵。机组额定功率1600 kW，转速980 r/min，流量1.38 m3/s，扬程86 m，采用变频运行模式。电机底座与水泵底座之间垂直高度为4165 mm，中间传动轴是一根长为3874 mm、直径为270 mm 的中空轴。水泵的进水管和出水管的口径均为DN1000。水泵进水管路上依次安装电动闸阀、传力伸缩节；水泵出水管路上依次安装传力伸缩节、重锤式液控蝶阀、流量计、传力伸缩节和电动闸阀。整个机组、楼板与进出水管路的布置如图1 所示。

图1 机组、楼板与进出水管路系统

立式机组由三大部分组成：电机、传动轴、水泵。三者之间为联轴器连接，机组电机与传动轴为刚性连接，传动轴与水泵连接为弹性连接；立式离心泵机组结构和安装示意如图2 所示。

图2 立式离心泵机组安装示意

1 故障情况

原水泵站运行人员在日常运行中发现机组在开停机时出现水泵反转，经排查发现是由于机组的出水液控蝶阀开关阀时阀板跑位，导致液控蝶阀无法完全关闭，站内立即对液控蝶阀进行维修，复位后，液控蝶阀工作正常。试机时水泵起初运转状态良好，但约2 h 后，机组出现电机运行声音异常、振动大，立即停机。

2 故障检测

2.1 振动数据检测

专业技术员对机组进行振动检测，并且与阀门检修前的振动数据进行比较，液控蝶阀检修前后的电机上轴承端振动数据比较见表1，发现机组振幅、振速上升，特别是电机上轴承端较为明显，振动较大，有明显异常声响，不像是轴承发出。在对机组进行更换轴承润滑油后，刚开机电机上轴承的振速为2～3 mm/s，运行1 h 后电机振动数据又上升。同时水泵上轴承振动数据也随之上升，水平进出水方向的振速从0.68 mm/s 上升到1.18 mm/s，垂直于进出水方向的振速从0.71 mm/s 上升到2.29 mm/s，轴向振速从0.49 mm/s 上升到0.91 mm/s。

表1 液控蝶阀检修前后的电机上轴承端振动数据

2.2 故障原因分析

大型立式离心泵机组振动的原因通常主要有3 个方面：①机械原因引起的振动，如不平衡、连接不良、接触不良、内部摩擦、轴承因素及基础因素等；②液体原因引起的振动，如液体脉动、汽蚀、叶片数、叶片形状不同等；③电气原因引起的振动，如负荷不平衡、磁通量不平衡、电源高次谐波、倍频振动、转差率等。针对江东泵站离心泵的实际情况，进行电机空载运行测试，声音和振动均正常，电机空载振动数据见表2，说明电机不是故障点，因此基本可以排除电气原因引起的振动；该型号机组有2 台，且为同一批产品，进出水流道相同，水流状态相同，但另一台机组振动良好，因此液体引起的振动也可以排除，所以此次引起机组振动的原因基本上可以确定为机械原因。

表2 电机空载振动数据

从频谱分析，机组运行转速约730 r/min，基频12.1 Hz，频谱图中径向主要振动成分为25 Hz，为二倍频，幅值达8.24 mm/s，初步判断机组轴系不对中或传动轴弯曲变形，基于机组传动轴中空结构形式，其刚度较大，不易变形，排除轴弯曲的可能。

2.3 故障查找

维修人员在拆卸水泵联轴器后，发现传动轴下法兰盘与水泵联轴器内置八角衬套产生摩擦，缝隙几乎为0，这与图纸要求的距离间隙值5.5±0.5 mm 相差较大，传动轴与水泵联轴器的距离间隙要求如图3 所示。这就是引起机组振动偏大的主要原因，传动轴与水泵联轴器端面之间的间隙为0，且接触面不均匀，有的甚至出现负间隙产生轴向振动，最终致使电机转子往上顶，造成径向不平衡。

图3 传动轴与水泵联轴器的间距

3 故障处理

3.1 维修过程

经讨论分析，初步拟定解决方案。首先校正机组，检查电机、传动轴和水泵的联结部分，再把水泵复位，逐步调整机组同轴度，监测机组振动数据，将数据降至1～2 mm/s。

（1）水泵偏移复位。首先松脱伸缩器外圈让水泵自由复位，若无太大的位移量，再拧紧邻边螺丝推动水泵，边操作边在水泵出水口固定千分表测量。经过以上调整，水泵左右两边分别向进水口移动0.08 mm 和0.15 mm，整台水泵有扭转趋势，水泵在无约束力状态下基本复位，断定水泵机座出现弹性变形或刚性变形。

（2）校正轴系。拆卸配重盘，直接连接电机轴与传动轴，进行电机传动轴与水泵轴系的校正。首先现场测量，传动轴长度3873 mm，配重盘厚度36.50 mm，与图纸所示尺寸相同，传动轴结构尺寸具体如图4 所示。现场电机轴下端与水泵轴上端的间距δ=3873+36.50=3909.50 mm，而图纸要求的安装尺寸为3915 mm，证实5.5 mm 的间隙已不存在。

图4 传动轴结构尺寸

检测水泵轴与传动轴在水平方向、垂直方向和开口偏差，都有存在不同程度的偏移，机组校正前后的同轴度见表3，表3 中的校正前数据，均超出安装标准。

表3 机组校正前后的同轴度

（3）加工配重盘。对配重盘进行微量切削，以腾出传动轴与水泵轴的间隙，并通过调整传力伸缩节的传力螺栓，水平移动水泵和电机，逐步调整机组同轴度，重新打表测量。根据图纸数据要求，径向允许偏差0.61 mm，轴向允许偏差0.51 mm，校正后机组同轴度均已符合要求，机组校正前后的同轴度见表3。

（4）带负载试机。试机前检查电机轴与联轴器端面是平齐的；传动轴与水泵轴间隙为0.50～0.70 mm；水泵联轴器内八角衬套下端面与下端盖间的距离为4 mm；机组带负载试机振动数据见表4，根据振动烈度标准ISO 2372—1974 可以判定，机组运行处于优秀区。

表4 机组带负载振动数据

3.2 经验教训总结

维修后，立式机组无论在低速、中速或高速，机组运行整体情况，包括振动、温升以及轴承状态都良好，且整体运行趋势较为平稳，以此判断水泵机座变形量没有变大趋势，根据日常观察，传动轴与水泵轴间隙也无变小，没有再次产生摩擦、引起轴向振动。可以判定机组之前出现电机运行声音异常、振动大的故障，主要原因是维修液控蝶阀时，液控蝶阀和伸缩节间的连接没有完全脱离，出水管道上伸缩节螺栓在紧固过程中力度过大，导致进出口管路与泵连接时产生大的内应力，引起水泵机座偏移，且在恢复安装中没考虑水泵复位问题，引起水泵跑位而发生机座弹性变形，造成传动轴与水泵的间隙缩小甚至变无。因此，今后在对大型立式机组进出水管路的设备进行维修维护时，提出如下建议：

（1）维修设备或管配件需与水泵脱离连接。

（2）维修安装中需注意水泵的移位情况，并根据传动轴与水泵之间的间隙进行相应的调整。

4 结束语

大型双基础的立式离心泵机组有区别于立式离心泵机组，增加了双层基础、中间传动轴等结构，因此振动原因也较复杂。在发现机组振动异常时要先了解故障发生前后的设备状态及周边情况，然后按照检测流程逐一排查，其中要多次和设备厂家咨询探讨，查阅设备资料，直到找出问题症结所在。对于一些特殊故障，用常规方法不能解决时，要大胆分析判断可能产生故障的其他原因，这样能快速解决问题，减少损失。