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軸承知識

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某立式泵嚴重共振引起葉輪軸疲勞斷裂故障的診斷

發布時間:2019-12-14
  一、故障設備概況
  該泵電動機驅動長度為1879.6毫米,軸徑為88.9毫米,壁厚為2.4毫米的軸。葉輪的葉片數為2片,其結構和測點布置如圖1。
  該立式泵多次發生泵軸斷裂,斷裂處緊靠葉輪壓緊螺母處。故障現象是:開始振動大(3V和4V處最大),葉輪壓緊螺母松動。隨后用環氧粘住葉輪壓緊螺母,能有效防止螺母松動。然而,之后許多泵出現葉輪軸斷裂的災難性破壞。于是,決定進行監測分析:1.測定振動;2.評定振動嚴重程度;3.診斷潛在的故障;4.提出有效的排故措施。
  二、振動實測數據及故障分析
  振動實測表明:3V和4V測點振動最大。3V測點頻譜中,2*RPM頻率3570rpm分量的幅值達16.51mm/s峰值,而1*RPM頻率分量的幅值僅為4.60mm/s峰值。注意:該葉輪的葉片數為2片,葉片通過頻率BPF=2*RPM。
  用錘擊法測試電動機,軸和泵的自振頻率。4V測點的自振頻率測試頻譜表明:占優勢的自振頻率3780rpm,它與運行中測到的頻譜的最大振動頻率分量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速的二倍頻率3570rpm,極易激起泵系統共振。因此,試驗用加固泵系統支承剛度,改變系統自振頻率(“調頻”),以避免發生共振。
  三、故障處置及效果
  對1#泵加輔助支撐,改變其自振頻率。加固方案如圖:
  對泵系統加固前后振動實測比較表明:加固后自振頻率提高到3960rpm,提高了180rpm或4.8%,使之與BPF=2*RPM激勵頻率有效地錯開,避免共振。3V測點振動總量從18.14mm/s峰值減小到5.99mm/s峰值,減幅達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70%。
  本故障案例來自于羅克韋爾自動化(廈門)有限公司大連分公司。

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