火力發(fā)電廠汽泵常見(jiàn)振動(dòng)問(wèn)題分析

何小鋒

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102）

隨著電網(wǎng)機(jī)組單機(jī)容量的增加和性能參數(shù)的提高，對(duì)給水泵性能和安全運(yùn)行提出了更高要求。目前高效能鍋爐給水泵主要采用小汽機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于振動(dòng)問(wèn)題導(dǎo)致汽泵無(wú)法正常啟動(dòng)或跳機(jī)的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響機(jī)組出力和安全運(yùn)行,汽泵的振動(dòng)問(wèn)題日益凸顯。根據(jù)對(duì)并網(wǎng)機(jī)組汽泵振動(dòng)問(wèn)題的分析及處理經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)歸納了汽泵常見(jiàn)的幾類振動(dòng)故障及對(duì)應(yīng)處理措施，以便為發(fā)電廠汽泵的檢修和運(yùn)行提供參考。

1 汽泵常見(jiàn)振動(dòng)故障及處理

一般汽泵軸系支撐示意圖如圖1所示，給水泵由小汽機(jī)帶動(dòng)工作，小汽機(jī)及給水泵各由2個(gè)軸承支撐。

圖1 汽泵軸系支撐示意圖

1.1 給水泵質(zhì)量不平衡

給泵轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子，剛性轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振幅為：

式中：A為轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值；m為不平衡質(zhì)量；r為質(zhì)心離回轉(zhuǎn)中心的距離；ω為角速度；Kd為動(dòng)剛度[1]。

由于其支撐動(dòng)剛度在運(yùn)行中基本不變，轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值與轉(zhuǎn)速平方成正比，因此，其質(zhì)量不平衡主要表現(xiàn)為給泵支撐軸承振動(dòng)幅值隨著轉(zhuǎn)速的升高而平穩(wěn)增加，振動(dòng)成分主要為工頻，振動(dòng)重復(fù)性好。一般給水泵因質(zhì)量不平衡引起傳動(dòng)端振動(dòng)大的問(wèn)題可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加重處理。

某電廠汽泵啟機(jī)時(shí)給水泵傳動(dòng)端工頻振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速上升而平穩(wěn)增加，幾次升降速情況一致，至4400r/min時(shí)泵傳動(dòng)端X向工頻振動(dòng)45μm，通頻70μm，無(wú)法繼續(xù)升速帶高負(fù)荷，經(jīng)判斷為給水泵質(zhì)量不平衡。加重前升速波特圖如圖2所示。通過(guò)計(jì)算，在聯(lián)軸器上試加重17 g，4400r/min時(shí)工頻振幅降至23μm左右，通頻47μm，加重后升速波特圖如圖3所示。試加重后，給泵已能滿負(fù)荷運(yùn)行。

1.2 小汽機(jī)質(zhì)量不平衡

由于小汽機(jī)轉(zhuǎn)子一般為柔性轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)速升高的過(guò)程中，其撓曲將發(fā)生改變，轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)也發(fā)生變化。具體表現(xiàn)為，轉(zhuǎn)子在一階臨界轉(zhuǎn)速以下，軸承振幅隨轉(zhuǎn)速升高而逐漸增大；在接近一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，其振幅迅速增大；當(dāng)轉(zhuǎn)子橫向振動(dòng)自振頻率與轉(zhuǎn)子不平衡激振力頻率重合時(shí)，就產(chǎn)生了共振[1]。通過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速后，其一階不平衡引起的振幅逐步下降，而二階不平衡引起的振動(dòng)幅值則逐步增加。由于目前小汽機(jī)工作轉(zhuǎn)速區(qū)域基本在一階轉(zhuǎn)速與二階轉(zhuǎn)速之間，故小汽機(jī)質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)，主要表現(xiàn)為小汽機(jī)升速過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)超標(biāo)，或者正常運(yùn)行時(shí)隨轉(zhuǎn)速升高，小機(jī)前軸承或后軸承振動(dòng)爬升或者兩軸承均出現(xiàn)爬升，振動(dòng)頻率主要為工頻成分，振動(dòng)重復(fù)性好。由于大部分小機(jī)汽缸并未設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)加重手孔，一般建議返廠進(jìn)行高速動(dòng)平衡處理。

某電廠小機(jī)在正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速區(qū)間，1號(hào)瓦振動(dòng)值偏大，最大達(dá)70μm左右，且主要為工頻，負(fù)荷不變時(shí)振動(dòng)幅值相位穩(wěn)定，測(cè)取前、后軸承降速波特圖如圖4、圖5所示。從波特圖上可以看出，通過(guò)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，前后軸承振動(dòng)均不超過(guò)30μm，說(shuō)明轉(zhuǎn)子一階平衡情況較好，從高轉(zhuǎn)速降至接近一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速降低，振動(dòng)值穩(wěn)步下降，從振動(dòng)數(shù)據(jù)上分析，轉(zhuǎn)子存在著二階質(zhì)量不平衡，在檢修中通過(guò)返廠動(dòng)平衡處理后，振動(dòng)已降至較好水平。

1.3 聯(lián)軸器問(wèn)題

在運(yùn)行中，由于聯(lián)軸器的緊力、對(duì)中情況會(huì)發(fā)生改變，在緊力不足、對(duì)中不好的情況下，將對(duì)汽泵的工頻振動(dòng)造成影響。目前多數(shù)汽泵為齒套式聯(lián)軸器連接，運(yùn)行中嚙合面磨損，間隙變大，當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，聯(lián)軸器傳遞的扭矩發(fā)生變化，聯(lián)軸器齒間嚙合點(diǎn)發(fā)生移位或卡澀，也會(huì)對(duì)振動(dòng)造成影響。聯(lián)軸器連接問(wèn)題可通過(guò)檢修調(diào)節(jié)連接緊力、對(duì)中情況及更換磨損嚴(yán)重的齒套聯(lián)軸器來(lái)處理。某電廠汽泵為齒套式聯(lián)軸器連接，隨著負(fù)荷的變動(dòng)，泵傳動(dòng)端振動(dòng)發(fā)生變化，在600MW負(fù)荷時(shí)，振動(dòng)幅值最大達(dá)到94μm。變負(fù)荷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，汽泵在4784r/min到5291r/min間運(yùn)行時(shí)，泵傳動(dòng)端振動(dòng)在5000r/min時(shí)達(dá)到最大值，4784r/min到5000r/min時(shí)，泵傳動(dòng)端X，Y向工頻振動(dòng)分別爬升了7μm，8μm；5000r/min到5135r/min時(shí)，泵傳動(dòng)端X，Y向工頻振動(dòng)分別下降了10μm，16μm，如圖6所示。

從振動(dòng)理論上分析，如果是因?yàn)橘|(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)，其幅值會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的升高而平穩(wěn)升高，而不會(huì)出現(xiàn)在高于某一轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)又出現(xiàn)較快下降的情況，故建議檢修中檢查聯(lián)軸器對(duì)中及齒套式聯(lián)軸器連接情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)汽泵左右方向整體跑偏2mm，處理后啟機(jī)，振動(dòng)問(wèn)題得到解決。

1.4 碰磨問(wèn)題

碰磨是導(dǎo)致小機(jī)和給泵振動(dòng)的原因之一，汽封、油檔、水密封等處的動(dòng)靜碰磨會(huì)使小機(jī)沖轉(zhuǎn)過(guò)程發(fā)生碰磨或在正常運(yùn)行中跳機(jī)。部分電廠機(jī)組在額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，小機(jī)振動(dòng)出現(xiàn)快速爬升，導(dǎo)致跳機(jī)。其主要原因?yàn)閯?dòng)靜碰磨，一是可能運(yùn)行參數(shù)變化等因素導(dǎo)致動(dòng)靜間隙變小，二是內(nèi)部部件在投運(yùn)后產(chǎn)生一定變形或基礎(chǔ)下沉、標(biāo)高變化導(dǎo)致動(dòng)靜間隙變小。某電廠2臺(tái)汽泵在大修后啟機(jī)時(shí)，由于水密封處一側(cè)間隙偏小，出現(xiàn)較嚴(yán)重碰磨導(dǎo)致無(wú)法啟機(jī)，1臺(tái)給水泵甚至出現(xiàn)抱死的情況。其中1臺(tái)給水泵間隙處理前后泵傳動(dòng)端升速波特圖如圖7、圖8所示。

從波特圖可看出，間隙處理前，在升速至4170r/min左右，泵傳動(dòng)端振動(dòng)因?yàn)榕瞿ザl(fā)生較快增加，處理完后，振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升。對(duì)于碰磨問(wèn)題，在運(yùn)行中注意運(yùn)行參數(shù)不要大幅度劇烈變化，如果振動(dòng)有爬升現(xiàn)象，應(yīng)注意檢查運(yùn)行參數(shù)是否有異（蒸汽溫度，真空、軸封溫度等），在振動(dòng)增大到一定程度后，可考慮改變運(yùn)行參數(shù)，如降負(fù)荷、降低汽泵轉(zhuǎn)速或汽泵退出運(yùn)行等。在振動(dòng)較大且仍快速增大時(shí)，應(yīng)按照規(guī)程迅速采取必要措施，防止事故發(fā)生。

1.5 其他問(wèn)題

某發(fā)電廠1臺(tái)汽泵大修后啟機(jī)，升速至1397r/min時(shí)，各瓦振動(dòng)幅值突然變大而打閘見(jiàn)圖9、圖10，其中小汽機(jī)傳動(dòng)端振動(dòng)矢量變化量達(dá)到98μm，再次沖轉(zhuǎn)時(shí)，升速振動(dòng)曲線與打閘后降速曲線重合，判斷為部件掉落所致，經(jīng)檢查為聯(lián)軸器內(nèi)并帽螺母未鎖死，在升速過(guò)程中掉落，產(chǎn)生質(zhì)量不平衡所致。

2 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)處理發(fā)現(xiàn)，碰磨和聯(lián)軸器問(wèn)題為小機(jī)和給泵比較常見(jiàn)的振動(dòng)問(wèn)題，在汽泵出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題的情況下，可先檢查聯(lián)軸器連接情況，并觀察判斷有無(wú)碰磨跡象，然后視情況再做處理。

（2）對(duì)于質(zhì)量不平衡問(wèn)題，小汽機(jī)一般需返廠進(jìn)行動(dòng)平衡處理，給水泵不平衡致使傳動(dòng)端振動(dòng)大，一般可現(xiàn)場(chǎng)加重處理。

（3）建議電廠在適當(dāng)時(shí)候增加小汽機(jī)偏心測(cè)量裝置，這將有利于對(duì)小汽機(jī)啟機(jī)過(guò)程中碰磨等問(wèn)題的分析。

[1] 施維新，石靜波.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及事故[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.