往復(fù)真空泵的故障診斷與處理方法分析 (2).doc

往復(fù)真空泵的故障診斷與處理方法分析王宇飛1 張勛2 （1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械系 甘肅 蘭州 730060 2蘭州石化設(shè)備維修公司 甘肅 蘭州730060）摘 要 往復(fù)式機(jī)械在工作時(shí)旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)共存，機(jī)器在工作負(fù)荷下，旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力共同作用使機(jī)器和基礎(chǔ)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)1。本文針對PSA裝置立式真空泵振動(dòng)異常，進(jìn)行了詳細(xì)的故障分析，對真空泵更換活塞配件材質(zhì)后，驅(qū)動(dòng)機(jī)受力以及更換活塞后十字頭對十字頭滑道作用力進(jìn)行了受力分析。通過理論計(jì)算分析出導(dǎo)致真空泵劇烈振動(dòng)的原因，并得到了實(shí)踐的驗(yàn)證，對分析往復(fù)泵的振動(dòng)有著一定的意義。關(guān)鍵詞 往復(fù)泵 振動(dòng) 故障診斷 受力分析正 文0、概述本文PSA裝置的作用是催化尾氣的提煉，并對其中的乙烷乙烯進(jìn)行提純后再加工利用，該裝置中立式真空泵作為抽真空輸送裝置產(chǎn)品氣的關(guān)鍵設(shè)備，在裝置運(yùn)行過程中起著重要作用。真空泵的的具體參數(shù)如表1：表1.PSA裝置立式真空泵運(yùn)行參數(shù)型號WLW-600B溫度110介質(zhì)乙烷流量2160m3/h入口壓力0.002MPa出口壓力0.02MPa功率55Kw轉(zhuǎn)速985r/min1、問題的提出立式真空泵的工作介質(zhì)為催化尾氣經(jīng)裝置提取濃縮后的產(chǎn)品氣，其主要成分為乙烯、乙烷，此介質(zhì)為重要的化工原料。因?yàn)闅怏w純度不高，且含有腐蝕性介質(zhì)，造成往復(fù)真空泵振動(dòng)異常、故障頻發(fā)。2、故障及原因分析2.1故障該裝置真空泵因運(yùn)行周期長，活塞（鑄鋁）嚴(yán)重腐蝕以致活塞破裂，更換活塞（鑄鋼）后開車運(yùn)行72小時(shí)后設(shè)備發(fā)生劇烈振動(dòng)導(dǎo)致設(shè)備停車檢修，致使十字頭與滑道的磨損嚴(yán)重。2.2故障原因分析往復(fù)式機(jī)械的故障從狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)上可分為兩類：一類是熱力參數(shù)的異常；另一類為機(jī)器的動(dòng)力性能參數(shù)的異常，也就是設(shè)備的機(jī)械故障，然而該真空泵的故障屬機(jī)械故障，從以下幾方面分析故障原因：2.2.1更換活塞材質(zhì)后，活塞慣性力過大引起設(shè)備振動(dòng)；根據(jù)設(shè)備開車運(yùn)行記錄，在檢修后72小時(shí)之內(nèi)設(shè)備振動(dòng)在標(biāo)準(zhǔn)所允許的范圍之內(nèi)，設(shè)備運(yùn)行正常，因此活塞的慣性力的變化不是造成設(shè)備振動(dòng)的原因。2.2.2活塞更換后原動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速不夠造成設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)； 檢查工藝記錄發(fā)現(xiàn)電機(jī)未出現(xiàn)明顯故障，電機(jī)運(yùn)行正常，電機(jī)電流未超過電機(jī)設(shè)計(jì)功率下電流95A。2.2.3軸承異常磨損； 在檢修過程中，對入曲軸兩側(cè)滾動(dòng)軸承進(jìn)行檢查，經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)軸承完好，未發(fā)現(xiàn)異常磨損和疲勞。2.2.4連桿大頭瓦與曲軸配合間隙過大或連桿小頭瓦與銷子之間配合間隙過大；通過壓鉛法對大頭瓦與曲拐及連桿小頭瓦與銷子之間的配合處進(jìn)行間隙測量，測量結(jié)果是配合間隙符合檢修標(biāo)準(zhǔn)，因此配合間隙不是造成設(shè)備振動(dòng)的主要原因。2.2.5活塞桿連接螺栓松動(dòng)； 通過讀取振動(dòng)頻譜，及檢查發(fā)現(xiàn)活塞連桿螺栓緊固，活塞桿原裝位置不變。2.2.6十字頭與十字頭滑道間隙增加，導(dǎo)致十字頭在滑道內(nèi)撞擊產(chǎn)生振動(dòng)。檢修過程中發(fā)現(xiàn)十字頭及十字頭滑道磨損嚴(yán)重，且十字頭滑道內(nèi)有明顯的多道拉痕，用塞尺檢查十字頭與十字頭滑道配合間隙，間隙值為3.5mm，超出檢修標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定間隙范圍10倍之多?；敬_定十字頭與滑道配合間隙的增大是造成設(shè)備振動(dòng)的主要原因。3、真空泵的故障診斷通過故障原因的分析基本確定十字頭與十字頭滑道間隙增大是造成設(shè)備振動(dòng)原因，然而要確定故障的基本類型需要明確設(shè)備的振動(dòng)形式，經(jīng)分析確定為以下兩方面：3.1活塞更換后重量增加，十字頭對滑道的作用力增大，運(yùn)行過程中沖擊過大，引起設(shè)備振動(dòng)?；钊鼡Q以后，新活塞重量是舊活塞質(zhì)量的近4倍重。舊活塞的材質(zhì)為空心鑄鋁，重25KG，而為了保證活塞的剛度，新活塞材質(zhì)選用鑄鋼，重達(dá)100KG。如圖1所示為往復(fù)真空泵的運(yùn)動(dòng)部件受力分析簡圖，活塞材質(zhì)選用的變化造成活塞桿受到的總活塞力P增加，同時(shí)連桿傳遞到十字頭的連桿力也增加。通過對十字頭進(jìn)行受力分析可知，十字頭對滑道的作用力受到連桿力的影響。當(dāng)連桿、活塞桿、十字頭三個(gè)部件成一條直線時(shí)滑道對十字頭的反作用力N最??；當(dāng)連桿與十字頭角度最大時(shí)，滑道作用于十字頭的反作用力最大。角度的不斷變化，使得十字頭對兩側(cè)滑道產(chǎn)生周期性的作用力，故而磨損滑道，設(shè)備產(chǎn)生異常的振動(dòng)。2圖1 往復(fù)真空泵的運(yùn)動(dòng)部件受力分析簡圖通過應(yīng)力測試的方法，實(shí)驗(yàn)得出更換活塞前后的滑道對十字頭的反作用力的最大值:=62.55N=141.6N以上數(shù)據(jù)表明，活塞材質(zhì)更換后，十字頭對滑道的反作用力活塞更換前的2倍，由于十字頭與滑道之間存在間隙，并且在運(yùn)行過程中不斷增大，引起十字頭對滑道的撞擊不斷增加造成真空泵的振動(dòng)加劇。3.2十字頭與十字頭滑道均采用鑄鐵件，由于十字頭與滑道相互作用力的增大，使得十字頭表面比壓增大，超過材料許用比壓值。加快了滑道與十字頭的磨損，最終導(dǎo)致滑道間隙不斷增大，進(jìn)而引起了設(shè)備的整體振動(dòng)。通過現(xiàn)場測繪得到真空泵行程s=270mm，轉(zhuǎn)速為980r/min，連桿長度為500mm，十字頭外徑為D=237mm，長度L=185mm，寬度B=141mm。 立式往復(fù)機(jī)根據(jù)十字頭設(shè)計(jì)要求，需要對十字頭進(jìn)行表面比壓校核。由以上計(jì)算出的最大側(cè)向力N值，根據(jù)式1計(jì)算十字頭表面比壓： 式1式中: N最大側(cè)向力，由動(dòng)力計(jì)算確定，公斤Q十字頭總重（公斤），立式往復(fù)機(jī)中Q值不計(jì)。經(jīng)計(jì)算得： = =由于鑄鐵與鑄鐵配合時(shí)應(yīng)滿足0.20.3 Mpa的需用條件，可以判斷是由于十字頭表面比壓超過許用比壓值，造成滑道磨損而引起了設(shè)備振動(dòng)。注：許用比壓值，當(dāng)鑄鐵與鑄鐵時(shí)，0.20.3 Mpa；當(dāng)鑄鐵與巴氏合金，0.6 Mpa。34、故障的處理通過以上計(jì)算及分析可知，往復(fù)真空泵之所以會發(fā)生振動(dòng)加劇的現(xiàn)象，是由于更換活塞材質(zhì)以后，十字頭對滑道的作用力明顯增加，導(dǎo)致十字頭與滑道磨損增加，從而引起了設(shè)備的振動(dòng)。由于為了保證活塞的剛度，活塞材質(zhì)不能再更換，建議通過改造十字頭與滑道的配合材料及配合間隙來消除設(shè)備振動(dòng)，具體方法是：4.1在十字頭表面澆注巴氏合金材料，通過澆注巴氏合金增大十字頭與滑道之間的表面許用比壓值，使十字頭的表面比壓達(dá)到許用范圍內(nèi)，減少了十字頭與滑道的磨損，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。如圖2所示：圖2 十字頭表面質(zhì)量改進(jìn)改造前 改造后4.2由于十字頭對滑道的作用力增加了，為減小十字頭對滑道的沖擊，對十字頭與滑道的間隙進(jìn)行了控制，間隙值盡可能的靠近設(shè)計(jì)值的下限0.15mm，在保證設(shè)備運(yùn)行油路暢通，滑道潤滑正常的情況下，盡可能的減小十字頭對滑道的沖擊。5、檢查與驗(yàn)證 往復(fù)真空泵的十字頭表面澆注巴氏合金后，設(shè)備自開機(jī)運(yùn)行以來，振動(dòng)情況良好，并且好于其它正常運(yùn)行的立式真空泵，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行三個(gè)月，無停車現(xiàn)象的發(fā)生，振動(dòng)值沒有顯著增加及異常，潤滑油油質(zhì)正常，設(shè)備依然在監(jiān)測中。因此，通過對設(shè)備改造，降低了設(shè)備的振動(dòng)值，消除了異常振動(dòng)，解決了設(shè)備故障，使往復(fù)泵能處于一個(gè)長周期的穩(wěn)定運(yùn)行。6、結(jié)語機(jī)器設(shè)備的故障診斷是一門新興學(xué)科，學(xué)科產(chǎn)生時(shí)間不長，但近年了得到了快速發(fā)展，在生產(chǎn)過程中起到了重要的作用。正是由于對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，有效的提高了設(shè)備的檢修效率4。相對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，往復(fù)式機(jī)械的激振源多，設(shè)備會在往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力的共同作用下運(yùn)行，經(jīng)常會造成機(jī)器及基礎(chǔ)的振動(dòng)加劇，因此對往復(fù)機(jī)械進(jìn)行故障診斷有著一定的難度，通過對真空泵進(jìn)行故障診斷，能為更好的對往復(fù)機(jī)械進(jìn)行故障診斷提供實(shí)踐的支持。 參考文獻(xiàn) 1楊國安-機(jī)械設(shè)備故障診斷實(shí)用技術(shù)M-第一版-北京：中國石化出版社，2007年：156164.2張 涵-化工機(jī)器M-第一版-北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005年：118130；3JB/T7675-2005往復(fù)真空泵；4張 鍵-機(jī)械故障診斷技術(shù)M-第一版-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008年：7576。作者簡介：王宇飛，1982年，男，滿族，河北承德，講師，學(xué)士，化工機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷The fault diagnosis of reciprocating vacuum pump and processing methodAbstract: Reciprocating machinery on the job rotary motion and reciprocating motion coexist，The machine under the working load，the rotation inert