某立式泵嚴(yán)重共振引起葉輪軸疲勞斷裂故障的診斷
2019-12-14 一、故障設(shè)備概況
該泵電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)度為1879.6毫米，軸徑為88.9毫米，壁厚為2.4毫米的軸。葉輪的葉片數(shù)為2片，其結(jié)構(gòu)和測(cè)點(diǎn)布置如圖1。
該立式泵多次發(fā)生泵軸斷裂，斷裂處緊靠葉輪壓緊螺母處。故障現(xiàn)象是：開始振動(dòng)大(3V和4V處)，葉輪壓緊螺母松動(dòng)。隨后用環(huán)氧粘住葉輪壓緊螺母，能有效防止螺母松動(dòng)。然而，之后許多泵出現(xiàn)葉輪軸斷裂的災(zāi)難性破壞。于是，決定進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析：1.測(cè)定振動(dòng)；2.評(píng)定振動(dòng)嚴(yán)重程度；3.診斷潛在的故障；4.提出有效的排故措施。
二、振動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及故障分析
振動(dòng)實(shí)測(cè)表明：3V和4V測(cè)點(diǎn)振動(dòng)。3V測(cè)點(diǎn)頻譜中，2*RPM頻率3570rpm分量的幅值達(dá)16.51mm/s峰值，而1*RPM頻率分量的幅值僅為4.60mm/s峰值。注意：該葉輪的葉片數(shù)為2片，葉片通過頻率BPF=2*RPM。
用錘擊法測(cè)試電動(dòng)機(jī)，軸和泵的自振頻率。4V測(cè)點(diǎn)的自振頻率測(cè)試頻譜表明：占優(yōu)勢(shì)的自振頻率3780rpm，它與運(yùn)行中測(cè)到的頻譜的振動(dòng)頻率分量3570rpm=2*RPM=BPF泵葉輪的葉片通過頻率(BPF)僅差210rpm或5.9%。此外，還有2009rpm軸防護(hù)罩自振頻率。由于自振頻率3780rpm太靠近泵葉輪的葉片通過頻率或泵轉(zhuǎn)速的二倍頻率3570rpm，極易激起泵系統(tǒng)共振。因此，試驗(yàn)用加固泵系統(tǒng)支承剛度，改變系統(tǒng)自振頻率(“調(diào)頻”)，以避免發(fā)生共振。
三、故障處置及效果
對(duì)1#泵加輔助支撐，改變其自振頻率。加固方案如圖：
對(duì)泵系統(tǒng)加固前后振動(dòng)實(shí)測(cè)比較表明：加固后自振頻率提高到3960rpm，提高了180rpm或4.8%，使之與BPF=2*RPM激勵(lì)頻率有效地錯(cuò)開，避免共振。3V測(cè)點(diǎn)振動(dòng)總量從18.14mm/s峰值減小到5.99mm/s峰值，減幅達(dá)67%。2*RPM頻率3570rpm分量的幅值從16.51mm/s峰值減小到4.98mm/s峰值，減幅達(dá)70%。
本故障案例來自于羅克韋爾自動(dòng)化(廈門)有限公司大連分公司。
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