离心泵振动故障诊断方法研究及系统实现

梁宇哲 赵芳 陈梓源

摘 要：近年来，机械设备故障诊断技术在国内外得到了较大的发展，在国民生产中起到了重大的作用。由于机械系统工作过程是复杂的，有很多故障是来自多种影响因素，对其实施故障诊断比较困难，尽管人们已对其开展了不少研究并取得了一些研究成果，但在企业中的应用还不是很普遍。本文就离心泵振动故障诊断方法研究及系统实现进行分析。

关键词：离心泵；振动故障；诊断措施

引言

离心泵工作室，其高速旋转的叶轮叶片将带动水转动，不断的将水甩出，达到输送的目的。正是由于离心泵的重要性，其一旦产生故障，轻者造成设备性能的弱化，重者将造成灾难性的后果。

一、振动原因分析

引起机泵振动的原因很多，一般情况下离心泵的振动有机械原因，还有水力学方面的原因。各种原因产生的振动，其振动特点不同，对分析振动和采取消除振动的措施非常重要。应当分清主次，有步骤地逐个排除次要原因，找出主要原因，并根据情况做出相应处理。

1.1机械原因产生的振动

在机械原因产生的振动中，转子质量不平衡是其中最常见的原因之一。另外机组中心不正、联轴器不对正、支撑部件缺陷、润滑不正常等原因都会产生振动。

（1）由转子质量不均匀所引起的振动，其特点是在两轴承处发生较大振动，当转速上升接近额定值时，振幅增加很快。离心泵的叶轮或轴等转动零件经过长时间运转后，由于磨损和腐蚀以及局部损坏或异物堵塞等原因，均可造成转子的质量不平衡，在旋转时由此而引起振动，甚至是破坏性的振动，其振动频率和转速一致，而振幅与负荷、吸入压头大小无关，仅随转速变化而变化。在转动轴的振动中，是最常见的。当泵检修后，特别是更換转动部件以后，要重新做动平衡试验，进行校正，达到平衡才能消除振动。

（2）当机组中心不正时，振动随负荷增加而加剧，有时还会发生突然的变化。中心不正的原因很多，诸如机械加工质量不好；安装找正不好；在吸、压水管上承受过载负荷；轴承磨损或前后轴瓦不同心都会引起泵的振动。此时不能用配重方法，如用配重方法则加大振动。

（3）联轴器不对正引起的振动。在泵的安装过程中，如联轴器不同心、联轴器对轮的螺栓配合不良、结合面的平行度达不到要求（机械加工精度差或安装不合格）或者由于找正不准确，原动机轴和离心泵轴不在一条直线上，当泵运转时必然引起振动。可能泵开始时不振动，但经过一段时间的运转，地脚螺栓松动垫板移位或基础下沉等原因，使泵中心偏移也会引起振动。如果电机单独运行时不振动，而把联轴器接上去就出现振动的话，首先应怀疑定心不良。对于输送高温液体的泵，由于热膨胀使原动机一侧的联轴器在运转中摇动，或者由于泵的联接管路的重量、热膨胀、联接法兰不对中心，使泵与原动机的对中变动，也必然引起泵的振动。法兰型弹性联轴器的橡皮圈配合不均匀，也会产生性质完全相同的结果。

（4）当支撑部件有缺陷（如基础刚性不够、紧固件松动）时，振动在空负荷时就发生，而且振幅不稳定。这是由于管路支撑不牢，支架不稳引起振颤。泵的地脚不平稳，基础不坚固造成泵机开动时机身振动摇晃，或者由于基础太轻安装不牢固，当泵自身的振动和基础的振动频率一致时，引起共振，形成很强的振动。这种情况只有增大基础的重量和牢固性才能消除共振。如果轴向振动不是由于质量不均匀所致，则这种振动是由前轴承座刚度下降所造成。

（5）润滑不正常。轴承间隙大，油膜被破坏时振动值随运转情况的改变而变化，而且振动时机件有不正常的抖动与响声。

1.2水力学原因产生的振动

（1）汽蚀现象。当叶轮吸进的液体有气泡时，在叶轮离心力的作用下，由于压力突然增高使气泡骤然液化，叶轮产生振动并造成噪音。汽蚀主要发生在大流量工况下，汽蚀引起泵体剧烈振动，并随之发生噪音。

（2）低于最小流量时发生的振动。离心泵在低于设计最小流量下运行时，将会发生不稳定工况，流量忽大忽小，压力忽高忽低，不断发生相当激烈的波动并导致管路的剧烈振动，随之发出喘气一样的噪音，这时会造成严重后果。离心泵在低于最小流量下运行，液体要发生汽化。鉴于上述情况，离心泵在运行时不应低于所规定的最小流量。通常输油泵的最小流量应在额定流量的20%以上。

二、离心泵的故障评定方法

离心泵很多故障都会引起机械的振动，有统计表明，由振动导致的机械故障率高达70%。一方面我们必须对此加以重视，防治振动损害的产生。另一方面我们也可以根据振动信号，加以整理和分析，从而对机械设备故障有个清晰的了解。这就是振动分析法，这也是目前使用频率最高、也最常见的分析方法，特别是针对上述故障中的转子不平衡、转子弯曲、不对中等问题更是具有很高的应用价值。其作业原理如下：首先，要搜集离心泵运行中相关数据情况，例如工作参数、运行时间、故障历史以及以往的检修状况。然后，对数据进行整理和分析，获得基本信息。再对振动信号进行变换和分析，将噪音部分去掉，整理出有用的信息，分析出运行状况，再结合信号特征、故障机理及历史运行情况对设备状态进行识别，分析故障原因、部位及发展趋势，最后提出诊断结论及操作、维修建议。这个过程中最重要也是最困难的一部分就是对振动信号的识别和分析，只有有效的对信号进行捕捉和分析，才能准确、全面、及时地掌握设备的运行状态和质量状况。

三、预防振动的措施

预防离心泵发生振动，除了在泵的设计、安装、管路施工、试车等方面进行严格控制外，维修人员应当从以下几方面考虑：对转子做静平衡实验，有条件时要做动平衡试验，使转子在转动时处于平衡状态；计算离心泵的临界转数，运行时要避开泵的临界转数；长输管道应尽量利用正压进泵，避免泵产生汽蚀；安装时要考虑管路热膨胀对泵的不良影响，必要时管道可装热补偿器消除热应力；泵的基础要有足够的稳定性，以免发生整体共振；地脚螺栓要牢固；应经常检查泵轴是否弯曲、叶轮是否有腐蚀或堵塞、轴承的间隙是否合适、润滑是否充足；要检查电机和泵的联轴器是否同轴，不同轴要进行调整。维修人员要定期检测泵的振动情况，做好记录，进行分析，安排处理。

运行人员要按时进行巡检，通过“望、闻、问、切”检查输油泵运行中振动是否有变化，有无异响；轴瓦是否缺油、超温；机组固定螺栓有无松动情况，特别是联轴器部位的螺栓、螺母、弹性胶圈、弹性膜片有无损坏；平衡管是否发热；各密封点有无渗漏；停运的泵要坚持盘车；运行中一旦发现振动和声音异常，要及时处理，必要时可采取紧急停泵措施，把故障消灭在萌芽状态。

四、结束语

总之，离心泵结构复杂，零件众多，在其运行过程中容易产生各种故障，有的故障突发性的，有的是随机性的。有时同时出现集中故障。针对此情形，需要我们不断加强对离心泵故障产生与诊断的研究，利用新兴的电子技术，对故障机理和特征做更深入的研究，从而不断找出问题、分析问题、解决问题，在此过程中不断积累经验，从而提高离心泵的运行效果，为企业生产保驾护航。

参考文献

[1]侯志广.离心泵故障诊断及实例分析[J].冶金动力，2014（11）：58-61+64.

[2]万鹤鸣.离心泵振动原因分析和解决方案[J].化工管理，2014（08）：157.

（作者单位：沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司）