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某立式泵严重共振引起叶轮轴疲劳断裂故障的诊
时间:2020-06-08 15:48 点击次数:
 
一、故障设备概况
该泵电动机驱动长度为1879.6毫米,轴径为88.9毫米,壁厚为2.4毫米的轴。叶轮的叶片数为2片,其结构和测点布置如图1。
 
泵的结构和测点布置示意图
该立式泵多次发生泵轴断裂,断裂处紧靠叶轮压紧螺母处。故障现象是:开始振动大(3V和4V处最大),叶轮压紧螺母松动。随后用环氧粘住叶轮压紧螺母,能有效防止螺母松动。然而,之后许多泵出现叶轮轴断裂的灾难性破坏。于是,决定进行监测分析:1.测定振动;2.评定振动严重程度;3.诊断潜在的故障;4.提出有效的排故措施。
 
二、振动实测数据及故障分析
 
3V测点频谱图
振动实测表明:3V和4V测点振动最大。3V测点频谱中,2*RPM频率3570rpm分量的幅值达16.51mm/s峰值,而1*RPM频率分量的幅值仅为4.60mm/s峰值。注意:该叶轮的叶片数为2片,叶片通过频率BPF=2*RPM。
 
锤击法测试结果
用锤击法测试电动机,轴和泵的自振频率。4V测点的自振频率测试频谱表明:占优势的自振频率3780rpm,它与运行中测到的频谱的最大振动频率分量3570rpm=2*RPM=BPF泵叶轮的叶片通过频率(BPF)仅差210rpm或5.9%。此外,还有2009rpm轴防护罩自振频率。由于自振频率3780rpm太靠近泵叶轮的叶片通过频率或泵转速的二倍频率3570rpm,极易激起泵系统共振。因此,试验用加固泵系统支承刚度,改变系统自振频率(“调频”),以避免发生共振。
 
三、故障处置及效果
对1#泵加辅助支撑,改变其自振频率。加固方案如图:
 
加固方案
对泵系统加固前后振动实测比较表明:加固后自振频率提高到3960rpm,提高了180rpm或4.8%,使之与BPF=2*RPM激励频率有效地错开,避免共振。3V测点振动总量从18.14mm/s峰值减小到5.99mm/s峰值,减幅达67%。2*RPM频率3570rpm分量的幅值从16.51mm/s峰值减小到4.98mm/s峰值,减幅达70%。
 
 
本故障案例来自于罗克韦尔自动化(厦门)有限公司大连分公司。
 
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