机械故障诊断学--离心泵诊断--课件

1机械故障诊断学机械故障诊断学MechanicalFaultDiagnosisMechanicalFaultDiagnosis研究生课程研究生课程1PPT课件2第六章离心泵故障诊断方法一、概述二、离心泵机组的特点及常见故障形式三、离心泵的时域分析法及诊断实例四、离心泵的频域分析法及诊断实例五、离心泵故障的自动诊断技术六、离心泵状态分级2PPT课件3一、油田注水离心泵介绍一、油田注水离心泵介绍厂家：浙江科尔泵业股份有限公司 http:/http:/ DFDF系列多级离心注水泵系列多级离心注水泵用途：油田高压注水、城市供水、矿山排水、锅炉给水等场合，经改造后还可用于加氢进料和钢铁高压除磷。性能范围：流量：Q=50430m3/h扬程：H=9002500m4PPT课件5结构特点：为多级节段卧式结构，进、出段和中段用穿杠连成一体，转子轴向力由平衡盘承受，整个转子装在泵两端的滑动轴承上。泵吸入口为水平方向，吐出口为垂直方向。该泵采用“三元流动理论”进行水力模型设计，材料选用2Cr13、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo6N(C15)等不锈钢制造，并在磨擦部位采用钴、铬、钨硬质合金堆焊工艺。具有可靠性好、效率高、耐腐蚀性能好、使用寿命长等特点。5PPT课件6全厂注水系统共有5个注水泵站，13套泵机组。注水系统年耗电为6447104kWh，占全厂总耗电的41.7%。注水系统效率约为35%。其中，站外(管网)效率为62.0%，站内效率为56.0%。通过状态监测与故障诊断，使设备处于最佳工作状态，可提高注水泵效率，从而大大降低注水系统运行费用；同时保证设备安全可靠运行。某油田采油二厂注水泵站概况6PPT课件7703#注水站有关参数 该站技术状况较好，有大罐水位监测，电机定子、轴瓦温度监测，超过限值自动切断电源，稀油站也有一套完善的监控系统。但机座振动未监测，而根据值班干部的反映和现场查看，振动值很可能超标。若长期运行，对设备的影响很大。7PPT课件8801#注水站相关参数 该站1#泵是组装泵，3#泵是新泵，2#泵98年5月在克市大修厂大修后试车未成功，6月送浙江瑞安大修，8.24接回试车投注成功。目前运行状况尚好。运行状态监测有一套系统，现仍可使用，但有一些数据不准确。据该站站长反映，监测系统没有发挥其应有的作用。8PPT课件9现行维修保养制度定期保养、大修制度，即运行1000-1100小时进行一保，累计运行3000-3300小时进行二保，累计运行9000-10000小时进行大修。其中一保的主要内容有：(1)检查联轴器，看螺栓有无松动、受力是否均匀。(2)检查填料函，看轴套有无磨损，调整填料，使泄漏量在每分钟50滴以内。(3)检查前后轴瓦有无磨损，轴瓦与轴接触面积应大于60%。(4)检查过滤器滤网有无损坏，网孔是否畅通。(5)检查各部分螺栓有无松动，接地线有无松动、烧坏或损伤。9PPT课件10现行维修保养制度二保的主要内容有：(1)一保各项内容。(2)拆联轴器联接螺栓，校中心。径向允差0.06mm，轴向允差0.06mm，对轮间隙不小于4-6mm。(3)清洗轴瓦，测量间隙，超过技术规定应调整或更换。(4)检查测量轴窜量，检查平衡盘好坏及间隙。大修则是设备累计运行时间达到大修周期时送到指定的单位进行解体检验，根据检验结果对设备的各部件进行维修或更换。10PPT课件11现行维修保养制度电机的一、二保则较简单，主要有：清扫电机过滤器，清扫电器控制设备。大修则是根据定期检验结果来决定。保养周期可能适用于某一台设备，而不适用于别的设备；可能只适用于设备一生的某一阶段(如中期)，而不适用于别的阶段(如前期或后期)；可能只适用于某一部件的保养(如轴瓦)，而不适用别的部件的保养(如联轴器)。11PPT课件12离心泵测点布置示意图12PPT课件13二、离心泵机组的特点及常见故障形式二、离心泵机组的特点及常见故障形式注水泵机组由离心泵和电动机通过联轴器直接联接，结构简单紧凑。离心泵主要由叶轮、泵壳、导叶、轴、轴承、密封装置及轴向力平衡装置等组成。离心泵运转时流量均匀、平稳；流量调节方便；可用高速电机直接驱动；易损件少，管理使用方便。多级离心泵的各个叶轮和导叶结构相同，整个泵体用长螺柱联接，因此，转子跨距较长，要求各部分配合间隙的精度较高，否则，容易引起异常振动或轴承发热。离心注水泵的常见故障形式有：不平衡、不对中、机械松动、轴裂纹、油膜涡动和油膜振荡。13PPT课件14三、离心泵的时域分析法及诊断实例三、离心泵的时域分析法及诊断实例 1、时域分析法原理、时域分析法原理分为：时域幅值分析法及时域波形分析法。时域幅值分析法研究信号幅值最大值和最小值、幅值的平均值和波动程度、平均幅值等，并通过这些参数对故障进行诊断。时域波形诊断法主要是通过对时域波形形状的分析，对特定的故障进行诊断。14PPT课件152、时域幅值分析法诊断实例、时域幅值分析法诊断实例下面对702泵站1#泵两次测试的1#测点进行时域幅值分析：可见两次测试时峰峰值、平均值和有效值的比值分别为1.39、1.38、1.34，小于2倍，如果以第一次为标准，则认为属于正常范围。当达到2-4倍时，为初步异常，要引起注意。为4-6倍时，要引起高度重视。大于6倍时，应停机检查。15PPT课件163、时域波形分析法诊断实例、时域波形分析法诊断实例 2001年2月中旬，采油二厂801泵站3#电机带负荷运转时发生强烈的振动和噪声，且电机的声音周期性地忽高忽低。为了找到故障原因，按以下的步骤进行了故障的分析和定位。(1)检查电机是否缺相运转；(2)地脚螺栓是否松动；(3)基础是否牢固；(4)轴承是否润滑良好；(5)电机与注水泵的转轴轴心是否一致、轴是否发生弯曲；(6)电动机的转子和注水泵的转子平衡是否良好。16PPT课件17 在排除(1)-(4)的情况后，又将泵轴和电机轴的对中情况重新调整，问题依然存在；后来又换了一台新泵，问题还是没有解决。因此，认为是电机转子平衡有问题。为了弄清故障原因，于2月21日应用本套诊断系统进行了数据采集和故障谱图分析。故障设备与正常设备同一测点的振动时域图见下图。17PPT课件18701站2#电机腰(联轴器端)轴承座振动时域图(2001.1.17测)801站3#电机腰(联轴器端)轴承座振动时域图(2001.2.21测)18PPT课件19701站2#电机端轴承座振动时域图(2001.1.17测)801站3#电机联轴器端轴承座振动时域图(2001.2.21测)19PPT课件20 经计算，在故障电机时域波形图中，两个冲击振动之间的周期为1.6s(即每隔1.6s发生一次强烈的冲击)，频率为37/60=0.61HZ，而电机2倍转差率频率为18/3000250=0.60HZ，二者非常接近(可以认为相等)，因此可以确定为电机2倍转差率对应的故障，即动态偏心；或转子笼条断裂、松动或端环接头不良。在频域图形中，基频2倍频的幅值很大，而动态偏心也导致基频2倍频的幅值增大，因此，最大可能性的故障是转子动态偏心。电机大修解体验证，诊断结论完全正确。20PPT课件211、频谱分析的主要原理、频谱分析的主要原理特征频率：设备运转时，不同的部件以不同的频率进行振动，表征某部件振动特征的频率称为该部件的特征频率。一个部件的特征频率有一个或多个。频率幅值：是指部件在某一特征频率上振动的总能量。当频率幅值发生变化时，就表明相应的故障也在发展。通过对“特征频率”及“频率幅值”的分析，就可准确地判断出故障发生的部位及严重程度。四、离心泵的频域分析法及诊断实例四、离心泵的频域分析法及诊断实例 21PPT课件22例：轴的转频：2980/60=49.7HZ，频率幅值为0.056。啮频：7片叶轮的振动在轴上的叠加(49.77=347.9HZ)，频率幅值为1.011。22PPT课件232、离心泵常见故障的频谱特征、离心泵常见故障的频谱特征转子不平衡转子不平衡(1)产生原因：转子质量中心和旋转中心之间的物理差异；由电磁力或温度梯度使转子产生的运动或漂移，如不均匀受热所引起转子弯曲而产生的不平衡。弯曲或变成弓形的轴将出现与不平衡相同的振动特征。(2)特征频率为轴的转频：式中：n转子的转速，r/min。当转子不平衡时，轴频处的幅值会较正常值明显变大。23PPT课件24(1)产生原因两轴的中心线存在偏差，包括轴线平行偏移、轴线成角偏移、或者两者的综合偏差。(2)频谱图特征1)当不对中不严重时，特征频率为转频；2)当不对中严重时，特征频率为高次成份，如2，3。轴频的2倍频幅值与轴频幅值的倍数和联轴节状况的对比表不对中不对中24PPT课件25机械松动机械松动(1)产生原因：由固紧基础松弛、轴承约束松弛、过大的轴承间隙等原因引起的。松动可使任何已有的不平衡、不对中所引起的振动问题更加严重。(2)频谱图特征机械松动的一般特征是在运转频率的一系列谐频出现异常大的振幅，如0.5，2，3等。25PPT课件26轴裂纹轴裂纹 (1)产生原因轴上的裂纹可造成轴突然断裂的灾难性事故。裂纹引起裂纹方向上转轴刚度下降。刚性轴线将与旋转轴线不重合。会导致产生一个弹性不平衡的激振力。(2)裂纹的频域诊断法由于裂纹扩展过程中轴刚度非对称性在不断发生变化，导致转频及2倍频幅值随时间而变化。因此，如果发现轴转频及2倍频处的幅值有稳定增长的趋势，且相位也发生变化，则最可能的是存在着裂纹。另外，裂纹的出现和扩展都会使1/2、1/3分数转频的幅值和相位也发生显著的变化，所以它们可以作为诊断裂纹的依据。26PPT课件27首先看轴频及倍频、分频的幅值大小，再看啮频及倍频、分频的幅值大小，并与标准频谱对比，即纵向对比。由此可判断出该轴是否存在不对中、机械松动的故障。最后将前后几次测试的频率幅值进行比较，即横向对比。如果发现1倍频、2倍频幅值变化较大(大于2倍)，则可能存在不平衡或轴裂纹。否则，即为正常。3、频谱分析的方法、频谱分析的方法转频：2980/60=49.7HZ，频率幅值为0.059。啮频：348HZ，频率幅值为0.578。27PPT课件281、故障特征库、故障特征库故障特征库是本系统的核心部分。每次测试每台泵机组有19个数据点，每个点要提取基频、倍频等指标约20个。因此全厂5台泵检测一次有2000个指标需要分析。如此多的数据，人工处理需要耗费大量的时间和精力，很难将诊断工作持续地开展下去。而故障特征库则能有效地解决了这一难题。五、离心泵故障的自动诊断技术五、离心泵故障的自动诊断技术 28PPT课件29故障特征库(也称知识库)的原理：知识库预先将泵的各种故障以一定的数据结构存储在库中，如下表所示。在诊断时根据库中的故障模型自动调入需要分析的数据，对各种指标进行提取，并将提取的特征值存储在知识库中。这样，故障特征库既是一种故障模型库，也是一个数据存储库。29PPT课件30注水泵故障库30PPT课件31注水泵故障库(续表)表中：b:转轴基频(HZ)bn：叶轮啮频(HZ)bn=b叶轮的叶片数31PPT课件322、故障自动诊断、故障自动诊断故障自动诊断流程为：（1）初始化知识库；（2）取入诊断数据(输入引导信息：主文件名)（3）特征提取；（4）将特征写入知识库；（5）取入标准库；（6）故障障状态对比；（7）状态分级；（8）输出各种报表。32PPT课件332001年11月15日测试了运行中的4台泵机组。部件故障诊断结果如 右 表。801-3#泵 和802-3#的诊断结论为严重不对中,应该立即停机检查。其中801-3#泵的对中不良值是停机检查值的3.3倍(20.07/6)。泵号故障类型标准泵701-2702-3801-3802-3对中不良振动幅值6.70014.45719.150134.5046.541比值1.0002.1582.85820.0746.946诊断结论-正常早期异常严重不对中严重不对中机械松动振动幅值5.33212.4089.60911.9217.614比值1.0002.3271.8022.2361.428诊断结论-正常正常正常正常不平衡振动幅值5.96613.36214.14113.2659.301比值1.0002.2402.3702.2241.159诊断结论-正常正常正常正常3、部件故障自动诊断实例、部件故障自动诊断实例故障库结果33PPT课件34801-3#停机检查时，测得泵轴中心比电机轴中心低0.24mm，而正常运行时应在0.06mm内，实测值已达到了该值的4倍。系统诊断结论与停机检测结果非常吻合。20.074自动诊断结果允值：0.06mm实际：0.24mm电机轴泵轴34PPT课件35六、离心泵状态分级六、离心泵状态分级1、状态分级的概念、状态分级的概念状态分级就是根据设备运转时的振动参数，将待诊断泵与标准泵进行比较，得到待诊断泵的技术状态等级，以便于指导技术人员采取相应的维修措施。当分级结果为“优”时，可放心使用；为“良”时，应引起注意；为“中”时，应当重点监护；为“差”时应停机检修。35PPT课件362、标准泵的确定、标准泵的确定标准泵是状态分级的基准。一般以技术状况最好的泵作为标准泵。首先任选一台泵为参照泵，将其它的泵与其对比，进行状态分级，分级值最低者即为标准泵(分级值可正可负，为正表示技术状态比参照泵差，为负则比参照泵好)。36PPT课件373、注水泵状态分级的原理、注水泵状态分级的原理待诊断泵的第i个特征频率幅值为Yi，标准泵相应特征频率的幅值为Xi，泵的特征频率总个数为n。则诊断泵的分级指标为：状态分级时将差异程度作为分级指标，不同的差异程度构成不同的级别，相应地表示了设备处于不同的技术状态。37PPT课件384、分级标准的确定、分级标准的确定根据现场多次测试数据，得到分级标准：优：030%；可放心使用；良：30%60%；应引起注意，每半月诊断一次；中：60%90%；应引起高度重视，每周诊断一次；差：90%；应重点监护或停机检查。38PPT课件393、注水泵状态分级的结果、注水泵状态分级的结果39PPT课件40图中所示，801站3#泵，状态分级为“差”，应停机检修。实际情况是在最后一次测试后约半个月时，该泵就因振动过大而被迫停机待大修。这有力地证明了根据测试数据对注水泵进行状态分级确实可以辅助维修决策。40PPT课件41本章的内容您掌握了吗？41PPT课件