离线监测技术在激冷水泵泵轴断裂故障预警应用浅析

作者：杨锦涛 

摘要：激冷水泵是气化装置的主要设备，主要作用是给气化炉激冷室输送激冷水长期以来频繁发生激冷水泵泵轴断裂等恶性故障，频繁检修不仅影响气化装置的稳定运行，而且对设备造成较大损坏。运用离线监测诊断技术对激冷水泵泵轴断裂故障预警开展监测分析，研究故障发生机理，精确锁定故障原因，提前发现泵轴裂纹缺陷，并为以后类似故障的提前预警和分析诊断提供借鉴和参考。

关键词：激冷水泵；断裂;故障、裂纹;

0. 引言

气化装置中激冷水泵为气化炉提供激冷水，洗涤气化炉反应生成的原料气，将熔融状态的炉渣激冷变成固态炉渣，起到将原料气和炉渣分离的作用，是气化装置的重要设备。激冷水泵两开一备，运行过程中激冷水备用泵出入口管线容易积渣，当运行泵出现故障后倒泵操作可能会造成激冷环压差升高，激冷水供应不足，造成气化炉只能在低负荷状态下运行。故障诊断人员采用艾默生-CSI2140、埃司比姆-钻石、风石-6320PA、BH550等专业离线振动监测设备对激冷水泵异常振动数据采集分析，研究故障发生机理，精确锁定故障原因，提前预警故障发生，延长了激冷水泵运行周期，保障了生产装置安全稳定运行。

1. 旋转设备轴裂纹故障的特征总结

转子发生轴横向裂纹的概率很低，发生因横向裂纹扩展而断轴的概率则更是极低。由于造成裂纹的潜在因素很多，例如因设计、加工、材质、热处理欠妥所引起的应力集中以及疲劳、蠕变、腐蚀等等。轴裂纹发生的原因主要以下因素：（1）不对中或其他负载；（2）热循环；（3）启停机通过转子共振频率；（4）周期性应力(非1x)；（5）长期使用 (延期了使用寿命) （6）由于高振动或其他原因引起的应力。

轴裂纹故障主要分类：（1）横向裂纹；（2）横向裂纹；（紧配合下的杯状裂纹，张力作用下的杯状裂纹）（3）扭转螺旋状裂纹；（4）纵向裂纹；（5）横向对称性裂纹。

轴裂纹故障主要特征：（1）如果转轴带有裂纹, 它一定已经弯曲；（2）如果转轴带有裂纹, 它一定有很高的2X（2X的起因就是轴的不对称刚度和径向侧面负载）；（3）如一个结构不对称且受到径向载荷侧向力的转子系统，转速接近该系统的任何共振转速的一半时，可能出现2X振幅和相位的变化。

图1：2X的起因就是轴的不对称刚度和径向侧面负载

2. 轴裂纹故障与不对中故障的区别

（1）看转速变化后的振动值 不对中对转速不太敏感，振动值、尤其是二倍频振动值基本不变；而横向裂纹、转动件松动则对转速十分敏感，增速时振动值会明显增高、减速时振动值也会明显降低。

（2）看波形的重复性 不对中各周期的波形、尤其是二倍频的波形几乎不变；而后者各周期的波形时有变化，重复性差。

（3）看频谱图上各频率成分及其幅值是否稳定 不对中很稳定；而后者，不仅各频率分量的幅值有波动。

（4）看趋势图上二倍频的幅值及相位是否稳定 不对中很稳定；后者不稳定，尤其是相位始终为无规则变化。

3. 轴裂纹故障的预警分析

1.机泵启机或运行过程中振值较高（＞4mm/s），或者振值突增时，需及时联系监测人员开展离线监测及故障诊断。

2.离线监测采集数据进行专业分析：利用双通道加速度传感器频谱及相位等分析数据；利用频谱分析、相位分析准确定位轴裂纹故障。

（1）出现较高的2X成份，一般考虑不对中及轴裂纹的故障。

图2：频谱分析中较明显的2X成份

（2）检修后启机或计划停泵后启机出现较高的2X成份，一般先排除不对中故障，在考虑轴裂纹故障。

（3）离线监测机泵振动及2X趋势，趋势稳定考虑不对中故障，趋势波动较大考虑轴裂纹故障。

（4）采用双通道加速度传感器，对机泵两侧相位差进行监测，振动、相位都稳定考虑不对中故障，振动、相位波动，考虑轴裂纹故障。

图3：振动波形波动较大，重复性较差

4. 建议与注意事项：

（1）由于现场工况调整在数据采集过程中会出现接近2X的100HZ左右的频率。

图4：由于工况调整出现100HZ左右的频率

（2）根据采集振动数据及现场情况：水平振值较高，振值突变、相位波动，波形重复性较差

、精准的2X成份，综合起来可以考虑泵轴存在裂纹故障，进行提前预警。

（3）根据采集振动数据及现场情况：水平振值较高，振值突变、相位波动，波形重复性较差

、存在101.25Hz左右的随机频率，与转频并无关联，综合起来可以考虑工况不稳定，流体激振引起的共振，对工况进行调整即可消除振动。

参考文献：

[1] 杨国安 旋转机械故障诊断实用技术. 中国石化出版社， 2012.

[2] 机械振动、冲击与状态监测国家标准汇编-基础与通用卷.中国标准出版社，2011.

[3] 黄志坚 机械设备振动故障监测与诊断. 化学工业出版社，.2017

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