除鱗泵

高壓水除鱗泵應(yīng)用故障診斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗

盧天燚1 李朝全2

( 1. 鞍鋼教育培訓(xùn)中心，2. 鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵分公司設(shè)備保障部)

摘要為確保高壓水泵穩(wěn)定運(yùn)行，采用ET － VI1 振動狀態(tài)監(jiān)測和excel 統(tǒng)計(jì)圖分析的方法預(yù)測水泵劣化趨勢，以便及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并處理，減少了因設(shè)備故障造成的能源消耗。

關(guān)鍵詞高壓水除鱗泵 振動監(jiān)測 故障診斷 節(jié)能降耗

鲅魚圈1580 線高壓水除鱗系統(tǒng)由粗軋除鱗系統(tǒng)和精軋除鱗系統(tǒng)兩部分組成，共4 臺SDZ高壓離心泵，采用一工一備工作制。該系統(tǒng)自2008 年投入運(yùn)行以來事故繁發(fā)，故障主要可分為閥類故障、泵故障和管路故障。閥類故障和管路故障只需幾十分鐘便能處理完畢，但是泵葉輪碎裂故障曾經(jīng)導(dǎo)致21 小時的事故維修，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏，故對高壓水除鱗泵進(jìn)行振動狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，確保其穩(wěn)定運(yùn)行，減少整條生產(chǎn)線設(shè)備空轉(zhuǎn)或啟動、停機(jī)造成的能源消耗，提高設(shè)備作業(yè)率十分必要。

1 高壓水除鱗泵故障診斷

1. 1 振動監(jiān)測概述

高壓水除鱗泵設(shè)備簡圖見圖1。選擇其兩端軸承作為振動監(jiān)測的測點(diǎn)，并對每個測點(diǎn)的V( 垂直方向) 、H ( 水平方向) 、A ( 軸向) 三個方向進(jìn)行振動測量。測量儀器選用上海容知生產(chǎn)的ET － VI1 振動分析儀，其基本參數(shù)為: 靈敏度10. 33mV/g、頻響范圍2Hz ～ 10kHz、位移測量范圍0 ～ 2mm、速度測量范圍0 ～ 200mm/s，加速度測量范圍0 ～ 50g。

1. 2 振動初步分析

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，首先分析測點(diǎn)②垂直方向振動值，其頻譜如圖2 所示。由圖可見振動能量主要集中在頻率為40Hz 的高壓水泵基頻上，而其它倍頻的幅值較小，符合轉(zhuǎn)子不平衡故障的特征，由此可以初步判斷水泵存在輕微的不平衡現(xiàn)象。

其次分析測點(diǎn)①垂直方向振動值，頻譜如圖3 所示。圖中水泵的基頻( 40Hz) 幅值最大，并且基頻的2 ～ 10 倍頻率對應(yīng)的振動值較強(qiáng)，符合松動故障的典型頻譜特征。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)高壓水泵與液力耦合器連接的聯(lián)軸器、水泵地腳螺栓存在輕微的松動現(xiàn)象。

1. 3 軸承故障分析

由圖4 可知，在50 ～ 400Hz 的低頻段，高壓水泵測點(diǎn)①水平方向頻譜圖中基頻的非同步頻率較多、振動值較大， 例如50Hz、113. 125Hz、201. 250Hz，懷疑高壓水泵滾動軸承存在故障。根據(jù)鞍鋼《滾動軸承三八故障診斷法》，首先觀察測點(diǎn)①水平方向振動的加速度時域波形圖，如圖5 所示，沒有發(fā)現(xiàn)明顯沖擊，初步判斷軸承正常。

其次，按照經(jīng)驗(yàn)公式驗(yàn)算圖4 中的非同步頻率是否由軸承故障引起。高壓水泵軸承的型號未知，所以先按照《滾動軸承三八故障診斷法》中的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行大致推算:

保持架頻率: Fc≈0. 4Fr≈0. 4 × 40≈16Hz(1)

軸承外圈、內(nèi)圈、保持架故障頻率的關(guān)系:

因?yàn)镕i + Fo = N × Fr; Fo = N × Fc

所以N = ( Fi + Fo) /Fr(2)

N = Fo /Fc(3)

軸承滾動體頻率:

Fb≈0. 18NFr(4)

將公式(1) 帶入公式(2) 得1. 5Fo = Fi(5)

式中: Fi為內(nèi)圈故障頻率，F(xiàn)o為外圈故障頻率，F(xiàn)r為轉(zhuǎn)頻( 基頻) ，F(xiàn)c為保持架故障頻率，F(xiàn)b為滾動體故障頻率，N 為滾動體個數(shù)。

假設(shè)圖4 出現(xiàn)的非同步頻率50Hz 為軸承外圈故障頻率，將其帶入公式( 3) ，則N = Fo /Fc= 50 /16 = 3. 125; 假設(shè)50Hz 為軸承滾動體故障頻率，將其帶入(4) ，則N = Fb /0. 18Fr = 50 /( 0. 18 × 40) = 6. 94。因?yàn)镹 為滾動體個數(shù)不可能為小數(shù)，所以可知50Hz 既不是軸承外圈故障頻率也不是軸承滾動體故障頻率，再由公式(2) 、公式(5) 可知50Hz 也不是軸承內(nèi)圈故障頻率。以此類推， 圖4 中的113. 123Hz、201. 250Hz、401. 875Hz 非同步頻率均不是軸承的故障頻率，所以不能通過圖4 中出現(xiàn)振幅較大的非同步頻率判斷該軸承存在故障，再次驗(yàn)證軸承正常。

觀察測點(diǎn)②水平方向的頻譜圖發(fā)現(xiàn)，在幅值較高的606Hz 處帶有高壓水泵的基頻邊帶( Δf= 40. 625Hz) ，如圖6 所示。加上測點(diǎn)②軸承處有不平衡振動成分，再次驗(yàn)證了高壓水泵的主軸存在不平衡的故障。

2診斷結(jié)論與驗(yàn)證

通過分析以上振動頻譜，確認(rèn)高壓水泵的主軸存在不平衡故障隱患，高壓水泵與液力偶合器連接的聯(lián)軸器、水泵地腳螺栓存在松動現(xiàn)象。鑒于此，利用檢修時間對聯(lián)軸器、地腳螺栓進(jìn)行了緊固，且修復(fù)時更換了主軸和部分葉片。

鞍鋼當(dāng)前的主要點(diǎn)檢方式是利用人的五感點(diǎn)檢，由于人的感知能力局限，只有在水泵故障的晚期才能感知出來。雖然設(shè)備處于前期故障時不能造成停機(jī)事故，但是將造成嚴(yán)重的能源損失。例如高壓水泵存在不平衡、螺栓松動等故障時，其耗電量比無故障時耗電量高20% ～ 50%。而利用ET － VI1 振動分析儀能在高壓水泵故障早期及時發(fā)現(xiàn)，對于松動、聯(lián)軸器不對中的小故障可以及時排除，對于泵內(nèi)部不能及時排除的故障可以提前預(yù)測高壓水泵在機(jī)壽命，以便備件充足或者有檢修時間時更換。為了預(yù)測壽命更加準(zhǔn)確，點(diǎn)檢員還每天手動測量泵的振動值，并利用振動值繪制成excel 月統(tǒng)計(jì)圖，通過圖表變化趨勢輔助判斷高壓水泵壽命，由此大大降低了水泵事故率。

3 結(jié)語

高壓水系統(tǒng)設(shè)備是熱軋生產(chǎn)線的關(guān)鍵設(shè)備之一，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到軋制產(chǎn)品的表面質(zhì)量和生產(chǎn)順利進(jìn)行。為確保高壓水泵高效、穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)提前發(fā)現(xiàn)泵的故障進(jìn)一步減少能源消耗。具體點(diǎn)檢方法如下:

(1) 使用ET － VI1 振動儀進(jìn)行振動頻譜分析，通過時域波形和頻譜圖分析泵劣化趨勢。

(2) 點(diǎn)檢員每天手動測量水泵檢測點(diǎn)的振動值，并在excel 表格中繪制月統(tǒng)計(jì)圖，觀察泵振動值變化趨勢，預(yù)計(jì)高壓水泵壽命。

幾年的實(shí)踐證明該方法是行之有效的。利用振動分析技術(shù)能及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及隱患，給設(shè)備維修提供了可靠依據(jù)，是預(yù)防事故發(fā)生的有效措施。該方法降低了水泵事故率，減少了設(shè)備維修費(fèi)用和能源消耗。