56LKXA-18型立式循环泵为立式, 单吸, 单级导叶式混流泵, 在不拆卸泵体的情况下可单独抽出转子进行检修。该泵主要由吸入喇叭管, 外接管, 出口弯管, 泵支撑板及安装垫板, 电机支座, 导流板及轴封部分, 轴承部分, 联轴器, 叶轮, 叶轮室, 导叶体, 润滑内接管组成 (图1) 。流量14940 (m3/h) , 扬程18m。配套电动机为上海电机厂生产YL1000-12型立式异步电动机。额定功率1000kW, 转速495r/min。
大型立式循环泵组的振动的原因主要有: (1) 机械原因引起的振动:因不平衡、连接不良、接触不良、动静摩擦、轴承因素及基础因素等。 (2) 流体原因引起的振动:因流体脉动、汽蚀、叶片数和叶片形状不同等因素。 (3) 电气原因引起的振动:因负荷不平衡、磁通量不平衡、电源高次谐频、倍频振动、转差率等因素。
2005年12月, 我厂#4循环泵运行中突然发生振动超标故障。现场观察, 轴封处大量甩水, 油、水管路有明显抖动现象, 测量该泵组振动值:泵导轴承处水平方向0.02/0.03mm, 垂直方向0.01/0.012mm;电动机下机架水平方向0.04/0.06mm, 垂直方向0.015/0.02mm;电动机上机架水平方向0.14/0.16mm, 垂直方向0.05/0.06mm。立即将该泵停止运行, 随后将水泵与电动机联轴器解开, 对电动机进行了单独试运, 测量该电机下机架振动值0.01/0.012mm, 上机架振动值0.015/0.016mm。符合规范要求, 基本排除电动机对泵组振动的影响。决定对循环泵进行解体检查。
循环泵解体后发现, 叶轮上有一叶片断裂 (图2) , 轴承支架及泵体筒壁磨损, 水泵润滑内接管连接法兰盘螺栓部分脱扣。
从其振动频谱分析: (1) 1倍频占主要成分。 (2) 1倍频转速频率的振动尖峰的幅值大于振动总量幅值的80%。 (3) 水平方向振动比垂直方向大2~3倍。由此可以判定, 水泵叶轮叶片断裂造成转子不平衡, 也就是引起泵组振动值超标的直接原因。由于泵组的振动过大, 造成水泵润滑内接管连接法兰盘螺栓受损及轴承支架磨损。而叶片断裂的原因:一是因该泵靠近取水口的来水侧, 相对于其它3台泵, 其进水室沉积物较多, 造成叶轮冲蚀比较严重;二是该泵在此之前曾经因出力不够, 返回长沙水泵厂进行过叶轮叶型矫正, 在矫正的过程中对叶片根部进行过加热处理, 可能存在因工艺不当造成应力集中, 以至发生断裂。另外, 经金属专业人员检查从叶片断面来看, 其根部有原始裂纹, 加之叶轮整修后动平衡不良, 使叶片长期在交变应力作用下产生金属疲劳, 造成断裂。此叶轮由长沙水泵厂进行返厂修复处理, 回装后该泵组运行正常。
2007年7月, 我厂#1循环泵运行突发严重振动问题, 现场观察控制盘电流表指示摆动幅度达20A, 泵基础都能感觉到明显震感, 并伴有强烈噪声。在检查时发现一次滤网因卡涩致使保护动作跳闸, 泵进水室水位较正常水位低4m。立即停止该泵运行。
进一步查找原因发现, 一次滤网链板销轴脱开, 致使滤网链条连同网板脱落, 叠加堆积在滤网进水室中, 造成一次滤网保护跳闸, 无法运转。加之当天正下大雨, 河水中大量污物进入滤网进水室, 由于一次滤网无法运转, 致使污物淤积在网板上, 造成滤网过流量急剧下降。从而导致循环泵进水室水位下降, 无法维持循环泵正常运行所需水位。因此可以确定发生气蚀是导致循环泵组振动的直接原因。汽蚀现象的特征: (1) 因汽蚀原因引起的振动频谱往往是随机的, 常伴有叶片通过频率。 (2) 发生汽蚀时, 超声测量的高频加速度, 冲击脉冲等将增大。 (3) 汽蚀往往产生奇特的噪声。
鉴于一次滤网链板结构存在设计问题, 后经与原厂家协商对其进行了改进。并于2008年在循环泵取水口加装了一套清污设备。从而彻底消除了设备隐患, 有效保证了循环泵的稳定运行。
2006年9月18日, 我厂#2循环泵发生振动异常问题。现场测量#2循环泵电动机上机架水平方向最大振动值达0.12mm, 且极不稳定, 南-北水平方向振动值在0.06~0.12mm之间波动。泵组其它运行参数正常。因该泵刚刚进行过大修, 投运后一直运行正常, 所以决定先检查电动机。9月19日#2循环泵电动机单独试运, 其上机架水平方向 (南-北) 振动值为0.12~0.13mm, 垂直向振动值为0.05~0.06mm, 下机架水平方向 (南-北) 振动值为0.04~0.06mm, 垂直向振动值为0.02~0.03mm。由此可以基本确定是电动机故障造成循环泵组的振动。决定对电动机进行解体检查, 检查中发现上机架水平偏差大, 达0.20mm/m, 其它测量数据均符合规程要求。随后对电动机转、定子进行了检查, 没有发现断条、线棒故障等电气方面缺陷。于9月28日回装后再次进行了#2循环泵电动机单独试运, 启动后测量其上机架水平方向 (南-北) 振动值最大达0.30mm在电动机停运瞬间转子惰走过程中测量其振动值迅速降至0.04mm以下。进一步检查发现#2循环泵电动机定子水平偏差很大, 北侧低0.50mm/m。经研究决定, 在电动机定子支架北侧加金属垫片的方法调整定子水平。按工艺要求对各质量控制点进行了严格复查, 没有发现其他问题。经再次检修回装后, 于10月9日进行了电机单独和泵组整体试运。经检测#2循环泵组最大振动值为0.03~0.04mm。符合运行标准规定, 泵组整体运行正常。
#2循环泵组从9月18日运行中突发振动故障至10月9日问题的解决, 在此次处理过程中有很多值得去总结的地方。以便找出我们工作中存在的问题, 提高相映的故障处理水平。
在第一次检修时发现电动机上机架水平偏差达0.20mm/m, 超出了技术规范要求。使泵组产生一个不平衡位移, 循环泵组转子旋转时在此不平衡力的作用下产生振动。如图3所示
在电动机第二次故障处理工作过程中发现定子水平偏差达0.50mm/m, 因转子中心线是垂直的, 而电动机定子如此大的水平偏差必然会在转子与定子之间产生一个不均匀的气隙。如图4所示, 由于转子、定子气隙偏差大, 所以在电动机运转后转子与定子最小气隙处就会产生一最大电磁力进而产生了非定向的振动。如图5所示, 由于在故障处理前转子也存在一与定子同向的水平偏差, 而在将转子调整后, 却相对增大了转子、定子气隙偏差, 所以这也是第二次检修后试运时电动机振动值反而增大的原因。
造成泵组水平变化原因:一是泵组基础原始安装质量问题;二是循环泵出口管路在长期运行后由于渗漏和管路上部道路施工等原因造成沉降, 进而影响了泵组的基础水平。
大型立式循环泵组充分体现了机电一体化的特点, 在处理振动故障时要从大视野多角度进行分析及处理, 只有这样才能将泵组振动问题彻底解决。本文是立式循环泵组检修实践中一些经验的总结, 仅供检修人员参考。
摘要：我厂循环泵房装有长沙水泵厂生产56LKXA-18型立式循环泵4台, 供2台200MW汽轮发电机组冷却用水, 于1999年投入运行。该型泵组自投运以来曾因各种原因发生了振动值超标故障, 经过多年对该泵组的检修工作经验, 摸索到了一些该泵组震动超标的原因和解决方案, 下面就该问题进行分析与探讨。
关键词：立式循环泵组,导轴承,机架,振动,故障分析
[1] 56LKXA-18型泵安装使用说明书.
[2] 大型立式交流电动机使用维护说明书.
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