电机故障引起泵振动超标问题的解决

成功 张晓红

(1.中国石油广东石化公司，广东 惠来 515200；2.中石油工程建设有限公司西南分公司，广东 惠来 515200)

0 引言

某炼化公司220万吨/年重整装置高压锅炉给水泵由大连深蓝泵业有限公司制造，型号：SCSK180-100X5，额定转速：2950r/min，轴承型号：径向滑动轴承S1210-92-75，止推轴承：7312BECB；额定流量：105/140m3/h，扬程578/530m；泵的配套电机是南阳防爆集团股份有限公司生产制造，型号：YB2-4002-2W，功率355KW，额定转速：2980r/min，轴承型号：驱动端6220/C3，非驱动端NU216ECM/C3。该泵主要用于给重整装置余热锅炉提供高压锅炉水，若该泵一旦出现停运，将导致整个芳烃联合装置停工。电机和泵结构如图1所示。

图1 电机和泵结构简图

1 故障情况

自2013年开工以来，该泵水平方向振动一直较高在3.0～6.0mm/s(正常运行标准值≤4.5mm/s)之间波动，垂直振动均正常。这期间对泵的轴瓦磨损情况、止推轴承磨损情况、轴瓦间隙、口环间隙、转子整体动平衡、管线应力等都做过详细、多次检查均合格，但未能解决振动超标问题。在2015年4月份，检查电机轴承游隙时发现驱动端游隙达到1.5mm(标准：)，电机单试水平振动值为4.9mm/s超标(单试标准值≤2.8mm/s)；经电气、机械各专业联合诊断确定须更换电机前后端轴承，更换轴承后电机单试自由状态(电机底螺栓松开状态)各方向振动值均小于2.8mm/s，紧固底脚螺栓后电机水平方向振动最大值为3.3mm/s，泵带负荷试运水平方向振动值在3.5～4.5mm/s,基本满足机泵运行要求。从这次检修电机后一直运行这台泵，期间泵水平方向振动值一直处于3.5～6.1mm/s之间。直到2015年9月中旬，泵水平方向振动值开始上涨，到9月底振动值达到6.8mm/s(标准值为4.5mm/s)，但电机水平方向振动上涨缓慢且未超标，而泵水平方向振动为持续上涨趋势。在本次故障中我们采用手持式测温测振以检测泵与电机运行振动，部分检测数据见表1和表2。

同时在泵水平振动逐渐上涨期间泵的负荷基本稳定无波动，电机电流也稳定在29.6～30A之间，电机水平振动也小幅上涨但基本稳定在3.6～3.9mm/s。

2 故障原因分析

鉴于上述故障情况由状态监测专业人员使用博华BH550离线状态监测仪双通道采集数据进行故障原因分析、诊断。

2.1 电机振动数据采集

如图2，电机非驱动端水平方向和垂直方向振动波形频谱图，图中水平方向振动位移值48μm，垂直方向振动位移值3μm，频谱中工频占主要成分。如图3，电机驱动端水平方向和垂直方向振动波形频谱图，图中水平方向振动位移值41μm，垂直方向振动位移值4μm，频谱中工频占主要成分。

表1 泵运行振动检测数据

表2 电机运行检测数据

图2 电机非驱动端振动波形频谱图

图3 电机驱动端振动波形频谱图

如图4，电机两端水平方向振动波形频谱图，图中非驱动端振动51μm，驱动端振动40μm，振动相位差0°左右，频谱中工频占主要成分。如图5，电机两端垂直方向振动波形频谱图，图中非驱动端振动3μm，驱动端振动5μm，振动相位差90°左右，频谱中工频占主要成分，并伴有多次谐波。

图4 电机两端水平方向振动波形频谱图

图5 电机两端垂直方向振动频谱图

2.2 泵振动数据采集

如图6，为泵驱动端水平方向和垂直方向振动波形频谱图，图中水平方向振动位移值51μm，垂直方向振动位移值2μm，频谱中工频占主要成分。如图7，为泵非驱动端水平方向和垂直方向振动波形频谱图，图中水平方向振动位移值32μm，垂直方向振动位移值3μm，频谱中工频占主要成分。

图6 泵驱动端振动波形频谱图

图7 泵非驱动端振动波形频谱图

如图8，为泵两端水平方向振动波形频谱图，图中泵驱动端振动53μm，泵非驱动端振动33μm，振动相位差0°左右，频谱中工频占主要成分。如图9，为泵两端垂直方向振动波形频谱图，图中泵驱动端振动2μm，泵非驱动端振动4μm，频谱中工频占主要成分。

图8 泵两端水平方向振动波形频谱图

图9 泵两端垂直方向振动波形频谱图

2.3 泵与电机同一时间数据采集

为电机驱动端水平方向和泵驱动端水平方向振动波形频谱图，图中电机端振动42μm，泵端振动53μm，振动相位差180°左右，频谱中工频占主要成分。为电机驱动端垂直方向和泵驱动端垂直方向振动波形频谱图，图中电机端振动5μm，泵端振动2μm，振动相位差180°左右，频谱中工频占主要成分，并伴有多次谐波。

2.4 地脚振动数据

泵和电机地脚概貌如图10所示，检测底脚振动数据见表3；由此可判断电机和泵底脚不存在虚脚，可以排除底脚方面引起振动大的原因[1]。

图10 泵和电机地脚概貌图

表3 泵和电机地脚振动值

综上可知，电机驱动端振动与泵驱动端振动的各个方向振动相位相差都是180°，也就是说同一时间点电机驱动端与泵驱动端的振动方向相反而且都是水平方向振动大，并且泵已经检修过各种引起水平振动超标的原因已排查无问题；由此可以判断该泵水平振动超标基本是因电机存在故障而引发的。且从电机振动频谱图分析，若电机非驱动端轴承可能存在故障(磨损间隙大)或电机转子动平衡存在问题或电机轴承跑外圆故障都有可能使电机带负荷后引起泵水平振动大的故障[2]。

3 故障处理

根据故障原因分析结论对电机进行下述检修项目，来验证、消除电机故障。

(1)检测地脚。将电机吊起清理底脚铁锈，然后把电机放置检验平台(试验台)放平，用0.05mm塞尺塞4个地脚前后左右，均塞不进去证明电机底脚是合格(电机制造厂底脚标准：0.05mm以内为合格)。

(2)电机绕组检测。测量绕组绝缘为1000MΩ，合格；绕组直流电阻为U-V1.162Ω，U-W1.165Ω，W-V1.163Ω，三项平衡。

(3)电机在试验平台单试。检修前在电机维修站标准试验平台单试电机，检测数据如表4，可见电机水平振动非常不稳定波动较大；并发现电机非驱动端(尾端)轴承有沙沙的异响声。

表4 试验平台单试电机检测数据

(4)轴承及轴承室检查。电机解体检查发现电机前、后端端盖有跑套现象，用内千分尺测量端盖轴承孔径，非驱动端端盖Φ140+0.07mm+0.06mm，驱动端端盖Φ180+0.07+0.06mm；而轴承配合孔尺寸公差标准值：上差0.036mm下差0.015mm，所以实测值比标准值大了0.034mm；对前后端端盖轴承孔进行镶套处理。对轴承检查发现非驱动端轴承有划痕，于是更换前后端轴承。

(5)转子动平衡。电机动平衡检测结果，电机驱动端29°方位平衡量48.1g，非驱动端353°方位平衡量32.0g(南阳出厂标准为10g以内)。偏差量，驱动端差38.1g，非驱动端差22.0g。因此对驱动端29°位置加52g平衡块，非驱动端253°位置加25g平衡块；平衡后，驱动端284°平衡量8.9g，非驱动端5°平衡量6.2g,转速300s/min。电机检修完毕后在试验平台进行单试，各方向振动均合格，检测数据见表5。

表5 检修后试验平台单试数据

电机回装带负荷运行，泵驱动端水平振动为3.2mm/s,非驱动端水平振动2.9mm/m；电机驱动端水平振动2.7mm/s，非驱动端水平振动为2.3mm/s；各振动均合格。

4 结语

通过对泵振动超标的故障检修分析、判断，最终发现是由于电机转子动平衡问题、电机前后端轴承跑外圆及轴承故障导致电机水平振动波动大，致使电机带负荷运行时泵水平振动超标。处理完毕电机故障后，彻底解决了泵振动超标的问题，确保了装置平稳生产。