除盐水厂反渗透高压泵振动分析和诊断

付江永，刘明利

（山东核电有限公司，山东 烟台 265116）

0 引言

某电站除盐水厂配备两台反渗透高压泵，为反渗透膜件提供动力，泵额定出力160 t／h，出口扬程为120 m，电机功率90 kW，为变频电机；泵支撑为悬臂式支撑，叶轮数为5 片。维修部在对两台反渗透高压泵进行预防性维修后，振动测量发现两台反渗透高压泵驱动端垂直方向振动超标，分别达到5.6 mm／s、6.2 mm／s，超过GB／T 29531《泵的振动测量和评价》所要求的2.8 mm／s。

振动是评价水泵设备运行可靠性的一个重要指标，一旦发生异常振动，将直接影响水泵的安全运行，表现为会引发电机和管路的振动造成轴承等零部件的损坏和连接部件松动，严重时会使某些部件变形，甚至有断裂的危险。因此，必须对给水泵设备运行中出现的振动异常问题予以高度重视，寻找振动异常的原因，进而采取必要的解决对策。

1 振动测量及分析

对反渗透高压泵A、B 进行振动测量，选择测点如图1 所示。在转速为2 350 r／min 时，对反渗透高压泵A 进行振动测量，测量结果如表1 所示；在转速为2 388 r／min 时，对反渗透高压泵B 进行振动测量，测量结果表2 所示。

图1 振动测点示意图

表1 反渗透高压泵A 在转速为2 350 r／min 时测量结果单位：mm／s

表2 反渗透高压泵B 转速为2 388 r／min 时测量结果单位：mm／s

2 振动诊断

2.1 反渗透高压泵频谱分析

由表1-2 可知，反渗透高压泵A、B 驱动端垂直方向（P1V）点的振动值分别达6.28 mm／s、5.66 mm／s，非驱动端振动值也达到了3.46 mm／s、3.37 mm／s，超过振动标准2.8 mm／s。因此采用CSI2140 振动分析仪表对反渗透高压泵A、B 进行频谱分析，

转速在2 355 r／min 时的反渗透高压泵A 振动频谱如图2-3 所示。

图2 反渗透高压泵A 驱动端垂直方向频谱

图3 反渗透高压泵A 非驱动端垂直方向频谱

转速为2 388 r／min 时，反渗透高压泵B 振动频谱如图4-5 所示。

图4 泵驱动端垂直方向（P1V）频谱

从频谱图上可以看出，反渗透高压泵A 与反渗透高压泵B 频谱特性基本一致，A 泵主要振动频率成分为195.9 Hz，B 泵的主要振动频率成分为199.5 Hz，经过计算，主要振动频率为转速频率的5 倍，为叶片通过频率。随后对泵端基础、泵入口管道垂直方向做振动频谱分析，发现都存在此振动频率。

图5 泵非驱动端垂直方向（P2V）频谱

导致叶片通过频率较高的原因包括叶轮在机壳中偏心，汽蚀、支撑刚度不足、结构共振等原因，经过查看检修记录，排除叶轮偏心故障。泵在运行过程中未出现剧烈噪声，频谱中仅仅存在5 倍的叶片通过频率，且仅垂直方向振动大，水平方向振动较小，基于以上特点判断发生汽蚀的可能性不大。因此泵驱动端垂直方向振动大的主要原因初步诊断为支撑刚度不足、结构共振［1］。

2.2 固有频率测量

为了进一步确认诊断结果，在反渗透高压泵A停运后，对反渗透高压泵A 进行了固有频率进行测试，测试结果如图6 所示。

图6 泵驱动端垂直方向固有频率测试结果

经过测量，反渗透高压泵A 驱动端垂直方向的固有频率为189.5 Hz，转速在2 350 r／min 时，叶片通过频率为195.9 Hz，这两个频率相差不大，导致结构共振。同样对反渗透高压泵B 进行固有频率测试，其固有频率为193 Hz，此频率与叶片通过频率199 Hz也较为接近，固有频率测量说明结构共振可能是引起泵振动超标的主要原因。

2.3 转速试验

由于反渗透高压泵为变频电机驱动，可通过调整电源频率改变泵的转速，因此为诊断人员提供了转速试验的条件。通过改变泵转速，调整叶片通过频率有效避开泵支撑的固有频率，将会出现振动明显下降的现象，利用此方法可以进一步证实结构共振是设备振动超标的主要原因。

在工况允许的条件下，要求运行人员改变泵的转速，进行转速试验，测量结果如表3 所示。

表3 反渗透高压泵A 转速试验结果

表4 反渗透高压泵B 转速试验结果

由表3-4 可见，反渗透高压泵A、B 随转速的变化振动变化较为明显，这种振动特征符合支撑刚度不足，结构共振的特征。因此建议增强反渗透高压泵A、B 驱动端的支撑刚度，提高支撑固有频率，进而使叶片避开共振频率［2］。

3 支撑加固试验及维修过程

利用试验窗口，首先对反渗透高压泵B 支撑进行了临时加固，在泵驱动端下部加装千斤顶，如图7所示。

启泵后，转速为2 254 r／min 时，振动测量结果如表5 所示。

图7 在泵驱动端下部加装千斤顶

表5 泵支撑临时加固后的振动测量结果单位：mm／s

从表5 可以看出，当泵驱动端垂直方向加临时支撑后，泵的驱动端垂直方向的振动明显下降。

将支撑松开后，P1V 方向的振动值突变为7.2 mm／s，说明泵驱动端支撑加固后对泵驱动端振动改善非常明显。

随后同样对反渗透高压泵A 进行支撑加固，在转速2 400 r／min 时，泵驱动端垂直方向振动降低为3.4 mm／s，松开临时支撑后振动上升为5.0 mm／s。

4 振动处理及效果

由于维修窗口的原因，维修部首先对反渗透高压泵B 驱动端支撑进行了加固，提高支撑固有频率，对支撑板加厚，并添加加强筋，加固效果如图8 所示。

图8 泵加固效果图

经治理反渗透高压泵B 驱动端垂直方向振动降至0.97 mm／s，泵非驱动端垂直方向振动现降至0.84 mm／s； 满足GB／T29531 所要求的2.8 mm／s 的标准，振动合格。

随后维修部对反渗透高压泵A 驱动端支撑加固后，泵驱动端垂直方向振动现降至1.7 mm／s，泵非驱动端垂直方向振动现降至1.1 mm／s，满足GB／T29531 所要求的2.8 mm／s 的标准，振动合格。

5 结束语

反渗透高压泵A、B 的振动故障为支撑刚度不足、结构共振。共振并不是设备的本身故障，但它会影响设备的抗疲劳，减少设备的寿命。同时引发其他故障的发生。本文详细介绍了反渗透高压泵振动故障的诊断过程，并采用转速试验，固有频率测量，以及临时加固支撑等试验方法进一步确认诊断结果。为今后处理此类问题积累了宝贵的经验。