CN113532826A - 一种基于多参数分析的凝结水泵轴系振动故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多参数分析的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，通过获取凝结水泵的轴系振动数据及运行参数，对是否存在质量不平衡振动、结构共振、联轴器对中不良、磁力不平衡、松动故障、轴承故障、叶片通过频率振动、凝结水泵气蚀现象、转子裂纹进行判断。本发明通过对振动幅值大小、波动、重复性等振动变化特征和运行参数（进出口压力、流量等）顺次进行分析，对于不同的分析结果依次识别对应的凝结水泵轴系振动故障，无需专家的介入，可以迅速有效的、直接指导运行和检修人员采取措施，保证设备安全稳定运行。

Description

一种基于多参数分析的凝结水泵轴系振动故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种基于多参数分析的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法。

背景技术

凝结水泵是热力发电厂的重要辅机设备之一，它的可靠性直接关系着发电机组的安全稳定运行。振动是影响电厂凝结水泵可靠性的重要因素，直接反映了旋转设备的健康状况。由于造成凝结水泵轴系振动故障的影响因素较多，故障机理十分复杂，因此该设备振动问题一直以来都是电力安全生产的重点关注内容。

目前当电厂运行和检修人员发现凝结水泵振动异常后，一般都是邀请振动专家赶赴现场进行振动测试及诊断，然后根据诊断结果进行处理工作，耗时长，无法保证振动故障诊断的实时性和高效性，而且经济成本高。甚至部分凝结水泵运行过程中出现振动突增情况，未能及时进行振动测试分析，就因振动保护动作而停运，给机组的安全稳定运行带来了较大隐患。因此需要开发一种诊断方法，通过分析凝结水泵振动和运行参数，尽早发现导致凝结水泵异常振动的原因，指导运行和检修人员采取措施，从而有效的保证设备安全稳定运行。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够迅速有效的对电厂凝结水泵轴系振动故障进行诊断分析，无须依赖专家诊断结果。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种基于多参数分析的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，通过获取凝结水泵的轴系振动数据及运行参数，通过轴系振动幅度或轴系振动波动幅度进行振动异常判断后，对同转速下振动幅值大小、振动与转速相关性、振动主要频率和转动频率、轴承振动稳定性、联轴器前后轴承振动数据、电机上下轴承振动数据、连接部件的差别振动、电机电流、轴瓦温度、出口电动门开度进行分析，对是否存在质量不平衡振动、结构共振、联轴器对中不良、磁力不平衡、松动故障、轴承故障、叶片通过频率振动、凝结水泵气蚀现象、转子裂纹进行判断。

其中，轴系振动数据包括水泵轴承、电机上下轴承振动数据；运行参数包括水泵进出口压力、温度、流量、电机转速、电机电流、轴瓦温度、出口阀门开度。

为了更加快速准确地对振动故障进行诊断分析，具体测试和分析步骤如下：

步骤1：获取凝结水泵的轴系振动数据(水泵轴承、电机上下轴承振动数据)及运行参数(水泵进出口压力、温度、流量、电机转速、电机电流、轴瓦温度、出口阀门开度)；

步骤2：当凝结水泵轴系的振动幅值超过预设振动报警值或者当凝结水泵轴系振动波动幅度超过预设幅度时，则表明凝结水泵轴系的振动存在异常，转至步骤3)；

步骤3：当凝结水泵轴系一根转子前后轴承四个振动测点的趋势一致，且在同一转速下振动幅值波动小于等于10％时，则表明凝结水泵轴系振动不存在波动，在此基础上振动与转速的相关性较好，且振动主要频率等于转子转动频率，则说明电厂凝结水泵轴系存在质量不平衡问题，否则，则转至步骤4)；

步骤4：凝结水泵轴系的振动幅值在变频工况下某一转速范围内振动较大，升速和降速过程该区域振动均明显增大，转速低于或者高于该转速区域振动均较好，振动主要频率成分为1倍频，则说明凝结水泵在该转速区域发生了共振，否则，则转至步骤:5)；

步骤5：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值同时不稳定时，且通过频谱分析发现以1倍频为主，并且存在2X、3X、4X等以及同时存在支撑部件间连接处差别振动较大时，则说明该凝结水泵支撑部件间存在松动故障，否则，则转至步骤6)；

步骤6：当凝结水泵轴系的某个轴承振动幅值同时不稳定时，且通过频谱分析发现存在轴承故障频率时，则说明该轴承存在故障，否则，则转至步骤7)；

步骤7：当凝结水泵靠近联轴器轴承及电机靠近联轴器轴承处振动较大，并且两个轴承处的振动幅值随着凝结水泵出力增加而上涨，且通过频谱分析发现主要频率成分为1倍频和2倍频时，则说明是凝结水泵轴系联轴器对中不良，否则，则转至步骤8：

步骤8：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值不稳定时，且通过频谱分析发现主要频率为水泵的叶片通过频率时，则说明该凝结水泵存在叶片通过频率振动故障，否则，转至步骤9)；

步骤9：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值不稳定时，且凝结水泵的流量大幅下降并波动、电机电流下降并大幅波动、就地有轰鸣声，则说明该凝结水泵存在汽蚀或流道压力脉动，否则，转至步骤10；

步骤10：当凝结水泵驱动电机上下轴承振动幅值偏大时，且随着凝结水泵出力增加振动上升以及通过断电试验确认断电瞬间电机轴承处振动明显下降(下降幅度超过50％)，振动频率等于转速与电机极数的乘积或为它的倍数，则说明该凝结水泵驱动电机存在磁拉力不平衡引起的振动，否则转至步骤11；

步骤11：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值偏大，且统计最近1至2个月以上凝结水泵轴系连续运行的振动数据，并做趋势分析，当凝结水泵轴系的振动逐步爬升，且振动上涨速率越来越大，则表明该转子可能存在裂纹。

或者根据振动故障情形进行分类检测：

1、首先根据振动异常标志进行判断：当轴承振动偏大(＞80微米),或者当轴承振动变化较大(变化量＞20微米)时，则表明凝结水泵轴系的振动存在异常。

2、进一步对转速稳定时，振动是否存在波动进行判断。

2.1当同转速下振动稳定时，进行以下故障判断：

同转速下振动稳定(幅值变化小于8微米，相位角度变化小于10°)，转速越高振动越大，且1倍频为主(＞70％)，则说明电厂凝结水泵轴系存在质量不平衡问题，建议择机对该凝结水泵轴系进行动平衡试验；

某一转速范围内振动较大，转速低于或者高于该转速区域振动均较好，振动主要频率成分为1倍频(＞70％)，则说明凝结水泵在该转速区域发生了共振，建议加固支座或改变轴系结构保证凝结水泵工作转速范围避开轴系共振区域；

联轴器前后轴承处振动较大，并且两个轴承处的振动幅值随着凝结水泵出力增加而上涨，且通过频谱分析发现主要频率成分为1倍频和2倍频时，则说明是凝结水泵轴系联轴器对中不良，建议对联轴器进行检修，改善对中状况；

驱动电机上下轴承振动大，两倍频振动为主，且断电瞬间振动消失，则说明该凝结水泵驱动电机存在磁拉力不平衡引起的振动，建议对电机进行检修调整电机转子位置。

2.2当同转速下振动波动时，进行以下步骤判断：

凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值同时不稳定时，且通过频谱分析发现以1倍频为主，并且存在2X、3X、4X等以及同时存在支撑部件间连接处差别振动较大时，则说明该凝结水泵支撑部件间存在松动故障，建议对差别振动大处结合面进行检查检修；

凝结水泵轴系的某个轴承振动幅值大，且通过频谱分析发现存在轴承故障频率或者轴承温度差异时，则说明该轴承存在故障，建议立即停运凝结水泵对该轴承进行检查；

凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值不稳定时，且通过频谱分析发现主要频率为水泵的叶片通过频率时，则说明该凝结水泵存在叶片通过频率振动故障，建议检查泵转子与机壳同心度及密封环间隙等；

凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值不稳定时，且凝结水泵的流量大幅下降并波动、电机电流下降并大幅波动，出口电动门开度正常，则说明该凝结水泵存在汽蚀或流道压力脉动，建议检查入口水位、入口阀门和滤网及密封水压力状况；

凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值偏大，且统计最近1至2个月以上凝结水泵轴系连续运行的振动数据，并做趋势分析，当凝结水泵轴系的振动逐步爬升，以1倍频和2倍频为主，且振动上涨速率越来越大，则表明该转子可能存在裂纹，建议停机对转子进行探伤检查。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1、本发明基于多参数分析，通过对振动幅值大小、波动、重复性等振动变化特征和运行参数(进出口压力、流量等)顺次进行分析，对于不同的分析结果依次识别对应的凝结水泵轴系振动故障，无需专家的介入，可以迅速有效的、直接指导运行和检修人员采取措施，保证设备安全稳定运行。

2、本发明对于振动异常的诊断涵盖了凝结水泵轴系所有的振动故障情形，能够迅速准确地进行状态评估和故障诊断工作，能够减少凝结水泵因振动故障造成设备部件损坏，从而提高凝结水泵的可靠性和机组的安全稳定性。

3、本发明对振动异常的诊断实时进行，无需先停机后诊断，既保证了实时性又具有高效性，保证了设备的正常运行及设备可靠性并能够指导检修。

附图说明

图1本发明一种基于多参数分析的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法的流程框图；

图2为实施例2中凝结水泵共振故障时伯德图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做一步详细描述：

如图1所示为本发明流程框图，本发明一种基于多参数分析的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，具体步骤如下：步骤1：采集凝结水泵变频工况转速范围内轴系各轴承座传感器输出的振动数据(包括凝结水泵侧轴承和电机上下轴承处顺水流方向及垂直水流方向振动数据)，并同时记录运行参数，包括进口压力、进口温度、出口压力、出口温度、出口流量、电机转速、电机电流、轴瓦温度、出口阀门开度；每间隔20rpm为一个工况，每个工况记录3min，采样间隔5s。

步骤2：当某个工况下凝结水泵轴系的振动幅值超过80微米或者当凝结水泵轴系振动波动幅度超过20微米时，则表明凝结水泵轴系存在振动故障，转至步骤3)；

步骤3：当凝结水泵转子前后轴承处四个振动测点的趋势一致，且同一转速下振动幅值波动幅度小于等于10％时，则表明凝结水泵轴系振动不存在波动，在此基础上若振动幅值随着转速上涨而上升，振动与转速的跟随性(转速升高振动变大，转速下降振动变小)和重复性较好，且振动故障频率成分主要为转子转动频率，则说明电厂凝结水泵轴系存在质量不平衡问题，建议择机对该凝结水泵轴系进行动平衡试验；否则，则转至步骤4)；

步骤4：凝结水泵轴系的振动幅值在变频工况下某一转速范围内(100rpm-200rpm内)振动较大，升速和降速过程该区域振动均明显增大，转速低于或者高于该转速区域振动均较好，升速和降速过程趋势基本一致，振动主要频率成分为1倍频，则说明凝结水泵在该转速区域发生了共振，否则，则转至步骤5)；

步骤5：当凝结水泵靠近联轴器轴承及电机靠近联轴器轴承处振动较大，并且两个轴承处的振动幅值随着凝结水泵出力增加而上涨，且通过频谱分析发现主要频率成分为1倍频和2倍频时，则说明是凝结水泵轴系联轴器对中不良，建议检查联轴器对中状况，否则，则转至步骤6)；

步骤6：当凝结水泵驱动电机上下轴承振动幅值偏大时，且随着凝结水泵出力增加振动上升以及通过断电试验确认断电后电机轴承处振动瞬间明显下降(下降幅度超过50％)，振动频率等于转速与电机极数的乘积或为它的倍数，则说明该凝结水泵驱动电机存在磁拉力不平衡引起的振动，否则则转至步骤7；

步骤7：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值同时不稳定时，且通过频谱分析FFT发现同时存在2X、3X、4X等以及某支撑部件间连接处差别振动较大时(高度相近的两点振幅差大于10微米；左右两侧同一高度处两点振动差值大于10微米，则说明该凝结水泵支撑部件间存在松动故障，否则，则转至步骤8)；凝结水泵支撑系统连接部件之间产生振动差别过大的主要原因有：连接螺栓松动(电机座、泵座、泵筒体、基础台板等连接螺栓部分没有押紧或预紧力不够)、电机座与支撑座或者泵座与泵筒体接口法兰面接触不良、泵筒体与水泥基础接触不良。

步骤8：当凝结水泵轴系的某个轴承振动幅值同时不稳定时，且通过频谱分析FFT发现存在轴承故障频率时(凝结水泵及电机轴承均为滚动轴承，其故障频率可根据轴承参数计算得出或者直接查轴承故障频率数据库)，或者某轴承温度超标(大于80℃)或异常升高(突增10℃以上)则说明电机或者水泵轴承存在故障，建议立即停运凝结对该轴承进行检查，否则，则转至步骤9)；

步骤9：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值不稳定时，且通过频谱分析发现主要频率为水泵的叶片通过频率及其倍频时(水泵的叶片通过频率＝水泵的叶片数量*转子转动频率)，则说明该凝泵存在叶片通过频率振动，可能原因为水泵转子与壳体同心度不达标或者泵叶轮密封环、泵体密封环的间隙过大，造成泵体内泄漏损失大，回流严重，进而造成转子轴向力的不平衡和压力脉动进而引起轴系振动，否则，则转至步骤10)；

步骤10：当:凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值不稳定时，且凝结水泵的流量大幅下降并波动、电机电流下降并大幅波动、就地有轰鸣声，此时若出口电动门开度不存在大幅度波动现象，则说明该凝结水泵存在汽蚀现象，建议检查凝结水泵的入口门是否全开、入口滤网是否堵塞和入口水位以及凝结水泵机封水压力等，否则则转至步骤11；

步骤11：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值偏大，且统计最近一个月以上凝结水泵轴系连续运行的振动数据，并做趋势分析，当凝结水泵轴系的振动逐步爬升，则表明该转子可能存在裂纹，其中当水泵转子可能存在裂纹时，可尝试提高凝结水温度看该振动发展趋势是否趋于缓慢用以验证。

实施例1

采用本发明方法对电厂凝结水泵轴系振动故障进行检测。

在某电厂凝结水泵运行时，实时进行振动数据和运行参数采集，进行振动异常判断：电机顶部轴承顺水流方向振动达到了209微米，电机下部轴承顺水流方向振动达到了208微米，严重超标(凝结水泵长期运行要求的振动合格值为：80微米)，且凝结水泵电机上下轴承四个测点位置上振动趋势一致，表明该凝结水泵轴系存在振动故障。

通过对该凝结水泵进行振动发现，该凝结水泵电机上下轴承四个测点位置上振动在转速稳定时振动稳定，均以1倍频振动为主，且多次升降速发现同一转速工况下四个测点位置上振动的幅值和相位基本稳定，重复性较好，因此判定该凝结水泵轴系存在质量不平衡问题。

对该凝结水泵进行动平衡试验(转速1500rpm)，试验前后数据如下表1所示：

表1某凝结水泵动平衡试验前后振动数据

从上表可以看出，通过在电机顶部平衡盘处加重120g平衡块后，该电机上下轴承振动得到明显改善，表明该凝结水泵电机存在质量不平衡故障的结论分析准确，采取的处理措施比较有针对性。

实施例2

采用本发明方法对电厂凝结水泵轴系振动故障进行检测。

在某电厂凝结水泵变频工况运行时，实时进行振动数据和运行参数采集，如图2所示，该凝结水泵电机轴承和水泵轴承振动在转速低于650rpm和高于820rpm时振动均小于80微米，但在650rpm至820rpm区域，电机上下部轴承顺水流方向振动超过80微米，在740rpm时电机上下部轴承顺水流方向振动最大分别达到了503微米和230微米，表明该凝结水泵轴系存在振动故障。转速低于650rpm和高于820rpm时凝结水泵电机轴承和水泵轴承振动均小于80微米，在650rpm至820rpm区域电机上下部轴承顺水流方向振动明显超标，且电机上下部轴承四个方向测点振动升速和降速过程趋势基本一致，振动主要频率成分为1倍频，则说明凝结水泵在该转速区域发生了共振。

现场加固处理后，再次对该凝结水泵变频运行转速范围(600rpm至1200rpm)进行振动测试，在上述转速范围内未再出现振动明显增大的转速区域，而且整个变频运行范围该凝结水泵电机轴承和水泵轴承振动均不超过50微米，达到优秀值，表明该凝结水泵的振动故障判断准确，采取的处理措施具有针对性。

Claims (10)

1.一种基于多参数分析的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，其特征在于，所述电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法通过获取凝结水泵的轴系振动数据及运行参数，通过轴系振动幅值或轴系振动波动幅度进行振动异常判断后，对同转速下振动幅值大小、振动与转速相关性、振动主要频率和转动频率、轴承振动稳定性、联轴器前后轴承振动数据、电机上下轴承振动数据、差别振动、电机电流、轴瓦温度、出口电动门开度进行分析，对是否存在质量不平衡振动、结构共振、联轴器对中不良、磁力不平衡、松动故障、轴承故障、叶片通过频率振动、凝结水泵气蚀现象、转子裂纹进行判断。

2.根据权利要求1所述的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，其特征在于，所述轴系振动数据包括水泵轴承、电机上下轴承振动数据；所述运行参数包括水泵进出口压力、温度、流量、电机转速、电机电流、轴瓦温度、出口阀门开度。

3.根据权利要求2所述的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，其特征在于，所述电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法通过对轴系振动数据和运行参数的分析，依次对是否存在质量不平衡振动、结构共振、松动故障、轴承故障、联轴器对中不良、叶片通过频率振动故障、凝结水泵气蚀或流道压力脉动、磁拉力不平衡、转子裂纹进行判断。

4.根据权利要求2所述的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，其特征在于，所述电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法通过对轴系振动数据和运行参数的分析，依次对是否存在质量不平衡振动、结构共振、联轴器对中不良、磁拉力不平衡、松动故障、轴承故障、叶片通过频率振动故障、凝结水泵气蚀或流道压力脉动、转子裂纹进行判断。

5.根据权利要求3或4所述的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，其特征在于，所述对存在质量不平衡振动的判断如下：当凝结水泵轴系振动不存在波动，振动与转速的相关性较好，且振动主要频率成分以1倍频为主，则说明电厂凝结水泵轴系存在质量不平衡问题。

6.根据权利要求3或4所述的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，其特征在于，所述对存在结构共振的判断如下：当凝结水泵轴系的振动幅值在变频工况下某一转速范围内振动较大，升速和降速过程该区域振动均明显增大，转速低于或者高于该转速区域振动均较好，振动主要频率成分为1倍频，则说明凝结水泵在该转速区域发生了共振。

7.根据权利要求3或4所述的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，其特征在于，所述对存在松动故障的判断如下：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值同时不稳定时，且通过频谱分析发现振动主要频率成分为1倍频和2倍频，同时存在明显的其他倍频成分，以及同时存在支撑部件间连接处差别振动较大时，则说明该凝结水泵支撑部件间存在松动故障。

8.根据权利要求3或4所述的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，其特征在于，所述对存在轴承故障的判断如下：当凝结水泵轴系的某个轴承振动幅值同时不稳定时，且通过频谱分析发现存在轴承故障频率或轴承温度异常时，则说明该轴承存在故障。

9.根据权利要求3或4所述的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，其特征在于，所述对存在联轴器对中不良的判断如下：当凝结水泵靠近联轴器轴承及电机靠近联轴器轴承处振动较大，并且两个轴承处的振动幅值随着凝结水泵出力增加而上涨，且通过频谱分析发现主要频率成分为1倍频和2倍频时，则说明是凝结水泵轴系联轴器对中不良。

10.根据权利要求3或4所述的电厂凝结水泵轴系振动故障诊断方法，其特征在于，所述对存在叶片通过频率振动故障的判断如下：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值不稳定时，且通过频谱分析发现主要频率为水泵的叶片通过频率时，则说明该凝结水泵存在叶片通过频率振动故障；所述对存在凝结水泵气蚀或流道压力脉动的判断如下：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值不稳定时，且凝结水泵的流量大幅下降并波动、电机电流下降并大幅波动、就地有轰鸣声，则说明该凝结水泵存在汽蚀或流道压力脉动；所述对存在磁拉力不平衡的判断如下：当凝结水泵驱动电机上下轴承振动幅值偏大时，且随着凝结水泵出力增加振动上升以及通过断电试验确认断电瞬间电机轴承处振动明显下降，振动频率等于转速与电机极数的乘积或为它的倍数，则说明该凝结水泵驱动电机存在磁拉力不平衡引起的振动；所述对存在转子裂纹的判断如下：当凝结水泵轴系的多个轴承振动幅值偏大，且统计最近1至2个月以上凝结水泵轴系连续运行的振动数据，并做趋势分析，当凝结水泵轴系的振动逐步爬升，且振动上涨速率越来越大，则表明该转子可能存在裂纹。

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