离心泵转子的故障诊断与修复*

林水泉,张清华,孙国玺,胡勤,覃爱淞

(广东石油化工学院 广东省石化装备故障诊断重点实验室，广东 茂名 525000)



离心泵转子的故障诊断与修复*

林水泉,张清华,孙国玺,胡勤,覃爱淞

(广东石油化工学院 广东省石化装备故障诊断重点实验室，广东 茂名 525000)

通过对某实验室离心泵转子的诊断，检测出其存在故障问题，针对该转子的故障现象进行分析并制定了修复工艺方案。最终，不但消除了故障，而且修复结果完全符合工业安全生产的标准。

转子;动平衡;故障诊断；修复

0　引言

众所周知，旋转机械在制造、安装及环境条件下会引起振动[1]。因此，随着长时间的运转，离心泵的转子会产生故障，影响工作效率，造成重大损失，严重的甚至可能发生安全事故。据统计，旋转机械的转子不平衡有70%是振动故障造成的[2]。因此，定期对其进行诊断与修复很重要也很有必要。本文以某实验室一台离心泵转子故障的诊断和修复为实例，来探索、诊断和修复离心泵转子的一些实用方法。

1　故障

1.1离心泵参数

离心泵型号为ISW100-125A，质量流量为89 m3/h,扬程为16 m，效率74%，转速2 950 r/min，电机功率7.5 kW，额度电压380 V，汽蚀余量4.5(NPSH)r，质量118 kg。

1.2离心泵故障现象

离心泵工作地点：某实验室一楼；工作温度：常温；主要用途：输送水。当电机启动时，离心泵正常运行且发出断续的响声，此时用检测仪器测到噪音值达65分贝。

2　故障诊断

2.1在线检测诊断

本次实验在线检测诊断，采用SmartBalancer申克便携式平衡仪操作(见图1)。在线动平衡系统主要机构为平衡装置，因为平衡装置决定了平衡的效果、应用可实现性和适用范围等[3]。首先将左右两个振动传感器分别接在两个轴承座上；把转子转动轴贴上反射标签，然后将中间的光传感器正对着标签；接着启动平衡仪，以左右两端平衡盘作为平衡面，设置好参数；然后，启动该四级离心泵进行测试操作。最后，在线检测平衡仪测得其振幅分别为：1.021、0.848 mm/s，查表可知其存在不平衡量。

2.2人工观察诊断

将电机停下来，把离心泵的转子拆下来(如图2所示)，该转子为刚性转子，工作转速为2 950 r/min，长度为1 000 mm，质量为27 kg，中间则有四个叶轮，左二为自带的轴向平衡盘，左右两端分别有一个半径为60 mm、平均分布着螺丝孔的平衡盘。经过对转子的观察和检查，并没有发现转子的叶轮、平衡盘、键等零件有松动的情况，但是有些叶轮有明显的磨损，可能是在长期抽水过程中，河流泥沙冲击对其造成的影响。

图1　SmartBalancer申克便携式平衡仪　　　图2　四级叶轮转子

2.3离线诊断检测

离线诊断检测采用申克(SCHENCK)动平衡机(见图3)对转子进行离线动平衡(或称为工艺动平衡)，就是在现场之外对转子进行检测并完成动平衡操作。其工作原理为：将转子安装在平衡机上，把传感器对准贴在转子上的反射标签，并将产生的信号反馈到平衡机上，通过信号的转换，把转子的不平衡量值与角度显示在平衡机上。

具体诊断检测过程为：

(1)确定转子的轴承位置，并用卷尺量好长度，调好平衡机的位置；

(2)将转子放置平衡机上，用平衡仪将转子调平衡；

(3)用游标卡尺量好转子皮带轮处的直径大小，并将平衡机调为与其相等；

(4)将加压泵加压到0.4 MPa，并使平衡机的皮带压紧转子；

(5)以转子左右两端的平衡盘为平衡面，将平衡机的参数设置好；

(6)启动平衡机，测出其初始不平衡量。

图3　申克动平衡机　　　　图4　平衡机初次显示

此时在离线平衡机上，测得转子的不平衡量分别为13.6 g，9.93 g(见图4)。因为转子的质量为27 kg，平衡盘的半径为60 mm，最高转速为2 950 r/min。此外，对于转速为3 000 r/min 的离心泵转子，一般可选择G 2.5级[4]进行，则平衡精度等级按G 2.5查表可得对应的值为8 g·mm/kg。所以，转子不平衡量的标准合格范围应小于：27×8/60=3.6 g。 由图4可得，初始不平衡量结果13.6+9.93=23.53>3.6 g，则转子存在很大的不平衡量，造成离心泵的故障，影响工作效率，不符合安全生产的要求。

3　修复

3.1修复原理

基于转子在平衡机上转动产生的振动信号，利用光传感器将产生的信号传送到测量装置，通过信号的转换，得出该转子在校正面产生的不平衡量[5]。并且，可以得到不平衡量的大小和对应的角度。最后，通过对转子进行动平衡技术操作，让其达到合格的标准范围。

3.2修复方式

根据对转子的校正面进行动平衡时，得到的不平衡量值有正负之分，因此转子动平衡的校正方法可分为去重法和加重法[6]。但是，由于该转子的叶轮比较薄、小，且不平衡量相对比较大，如果采用去重的方式，可能会造成叶轮越来越薄，不利于长期发展。此外，其转子左右两端都有平衡盘，另外重做一个转子成本远比采用加重校正的高，因此校正方式采用加重法。

3.3校正过程

通过对离心泵转子进行多次配重，校正过程所得的数据如表1所示，得到平衡机上的转子最终配重效果图如图5所示。

表1　多次校正数据表

3.4修复结果分析

转子质量为27 kg，平衡盘半径为60 mm，最高转速为2 950 r/min。此外，对于转速为3 000 r/min 的离心泵转子，一般可选择G 2.5级进行，则平衡精度等级按G 2.5查表可得对应的值为8 g·mm/kg。所以，校正其不平衡量的标准合格范围应小于：27×8/60=3.6 g。由图6可得，最终不平衡量结果0.815+0.793=1.608 g<3.6 g，则不平衡量达到标准的要求，且左右两平衡面的角度变化范围正常，所以转子校正成功。

图5　平衡机最终效果　　　　图6　修复后数据显示

4　检验结果

图7修复后的振幅与角度

将修复后的转子安装在离心泵上，启动电机，正常运行后用检测仪器测到噪音值降至40分贝。接着，用SmartBalancer申克便携式平衡仪测其振幅。此时，所检测出A、B平衡面的振幅值由初始的1.021 mm/s，0.848 mm/s分别降至0.086，0.069 mm/s(见图7)，说明振动明显降低了。根据GB 10889—89，查询选用泵的振动值与评价方法，以及该转子对应的中心高度小于225 mm，转子对应的泵转速为2 950 r/min，则结合泵的中心高度、转速及分类表可知为第二类；又因为最终振幅值为0.086 mm/s、0.069 mm/s，结合泵的振动值可知为第二类中的A级别，也就是为最高级别，精确度最高的级别。因此，这次离心泵转子修复取得了成功，不平衡量也达到了标准的范围。

5　结语

通过对离心泵转子的诊断与修复，让其不平衡量达到了标准的要求，消除了故障，提高了工作效率，为类似的回转体诊断与修复提供了借鉴。

[1] 刘曦泽,段滋华，李多民.转子动平衡技术的研究现状和进展[J].广东石油化工学院学报，2012，22(3)：69-80.

[2] 张禄林.无试重的现场动平衡技术研究[D].太原：太原理工大学,2013.

[3] 张仕海,伍良生,周大帅.机床主轴在线动平衡装置现状分析研究[J].现代制造工程,2009(12):146-149.

[4] 周仁睦.转子动平衡——原理、方法和标准[M].北京：化学工业出版社,1992.

[5] 余先涛.软支撑刚性转子动平衡测试系统设计[M].北京：机械与电子出版社,2000.

[6] 郑威.电动机转子动平衡技术探究[J].机电技术,2013(4):82-92.

(责任编辑：柳丰)

Fault Diagnosis and Repair of Centrifugal Pump Rotor

LIN Shuiquan, ZHANG Qinghua, SUN Guoxi, HU Qin, QIN Aisong

( Guangdong Provincial Key Laboratory of Petrochemical Equipment Fault Diagnosis, Guangdong Universtity of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China )

The centrifugal pump rotor is diagnosed in a laboratory, and the problem of the fault is detected. Then the fault phenomenon of the rotor is analyzed, and the repair process is established. Finally, not only the failure is removed, but the restoration is also fully meet the standards of industrial safety.

Rotor; Dynamic balance; Fault diagnosis; Repair

2016-03-15；

2016-05-16

国家自然科学基金项目(61473094)；广东省战略性新兴产业核心技术攻关项目(2012A090100019)；广东省普通高校特色创新项目(201431041)

林水泉(1988—)，男，广东茂名人，在读工程硕士，助理实验师，主要从事转子动平衡、旋转机械故障监测与诊断等方面研究。

TH17

A

2095-2562(2016)04-0047-04