立式循環(huán)水泵振動(dòng)大的故障分析

李 峻，王燕山

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力建設(shè)四公司，山西 太原 030001）

0 引言

印度尼西亞南望2×300 MW燃煤電廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“南望電廠”）工程共安裝4臺(tái)立式循環(huán)水泵，分別為10A、10B、20A、20B。由于在安裝、調(diào)試、運(yùn)行中存在不同程度的質(zhì)量缺陷和問(wèn)題，致使水泵運(yùn)行5個(gè)月后振動(dòng)增大，發(fā)生泵體碎裂的嚴(yán)重事故。

1 循環(huán)水系統(tǒng)概述

南望電廠循環(huán)水系統(tǒng)采用擴(kuò)大單元制海水直流供水方式，每臺(tái)機(jī)組設(shè)置2臺(tái)立式循環(huán)水泵，4臺(tái)循環(huán)水泵集中布置在1座循環(huán)水泵房?jī)?nèi)，循環(huán)水泵及液控止回蝶閥安裝在封閉的泵房?jī)?nèi)，檢修鋼閘門(mén)、移動(dòng)式耙草清污機(jī)、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)及沖洗設(shè)施露天布置。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1根DN 3 200 mm的壓力給水母管和1條2 500 mm×2 500 mm的壓力排水溝，在壓力給水母管和壓力排水溝均勻布置檢修人孔及排空裝置。

2 循環(huán)水泵安裝運(yùn)行情況

2.1 循環(huán)水泵安裝情況

循環(huán)水泵底座、電機(jī)基礎(chǔ)板的預(yù)埋和安裝是在機(jī)械工程師、土建工程師和設(shè)備廠家駐現(xiàn)場(chǎng)工程師的共同指導(dǎo)下完成的。水泵底座中心線偏差不大于3 mm，標(biāo)高偏差不大于5 mm，底座水平度不大于0.05 mm/m后進(jìn)行二次澆灌，然后用吊重錘測(cè)量的方法測(cè)量泵筒的垂直度，采用加鋼墊片的方法調(diào)整，但安裝中沒(méi)有測(cè)量比較水泵轉(zhuǎn)子的軸頭水平與基礎(chǔ)板水平度是否一致；電機(jī)基礎(chǔ)板中心線偏差不大于1.5 mm，標(biāo)高偏差不大于1 mm，基礎(chǔ)板水平度偏差不大于0.1 mm/m后進(jìn)行二次澆灌，電機(jī)整體運(yùn)輸?shù)诫姀S，安裝時(shí)僅測(cè)量了聯(lián)軸器的外圓及張口值，通過(guò)在基礎(chǔ)板上加鋼墊片的方法進(jìn)行調(diào)整，但沒(méi)有測(cè)量電機(jī)的軸頭水平度。

為了觀測(cè)水泵運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)情況，在泵軸上部安裝有三個(gè)方向的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，設(shè)定振動(dòng)值70μm報(bào)警，125μm停泵。

2.2 循環(huán)水泵運(yùn)行情況及工作現(xiàn)狀

20A循環(huán)水泵安裝投運(yùn)約5個(gè)月后發(fā)現(xiàn)振動(dòng)比較大，解體檢查后發(fā)現(xiàn)水泵的賽龍軸承損壞，為了不影響水泵試運(yùn)行，電廠將10B水泵的泵軸及葉輪挪用至20A水泵，回裝后20A水泵運(yùn)行情況良好。

20B循環(huán)水泵2009年1月份投入試運(yùn)行，2010年5月18日12點(diǎn)25分電機(jī)電流在157～181 A之間波動(dòng)，水泵振動(dòng)值從110μm逐漸升高到200μm，水泵的出口壓力下降至0 MPa，運(yùn)行27 min后停泵，檢查發(fā)現(xiàn)盤(pán)根密封處螺栓松動(dòng)，將松動(dòng)的螺栓重新緊固后于5月24日再次啟動(dòng)，水泵的出口壓力仍然為0MPa，振動(dòng)值為167μm，電機(jī)電流為165 A，電機(jī)運(yùn)行不正常，隨即停泵檢查。在拆卸聯(lián)軸器時(shí)發(fā)現(xiàn)水泵的泵軸下落約30 mm且還在繼續(xù)下降，通知廠家駐現(xiàn)場(chǎng)工程師指導(dǎo)處理，解體后發(fā)現(xiàn)水泵的導(dǎo)流體及其上部連接段已經(jīng)爆裂破碎，葉輪也出現(xiàn)缺口，損壞比較嚴(yán)重。為了不影響試運(yùn)行，將10A水泵的葉輪及泵體挪至20B水泵，水泵檢修完畢重新啟動(dòng)試運(yùn)行時(shí)振動(dòng)仍然比較大，隨即停運(yùn)檢修。拆卸水泵葉輪后，南望電廠要求對(duì)水泵轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，并在印度尼西亞泗水進(jìn)行了動(dòng)平衡試驗(yàn)，第一次動(dòng)平衡試驗(yàn)結(jié)果不合格，修正葉輪平衡合格后再次回裝至20B水泵，根據(jù)廠家提供的加固方案分別在水泵的吸入喇叭口、泵體出水段的三個(gè)方向增設(shè)了支撐拉桿，同時(shí)在水泵泵體的出水管段上部加裝了X/Y/Z三個(gè)方向的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)，水泵投運(yùn)后運(yùn)行情況良好，振動(dòng)值為20μm，最大值為40μm，運(yùn)行人員定期觀測(cè)其振動(dòng)及溫度都滿足設(shè)計(jì)要求。

10A循環(huán)水泵安裝的是維修更換后的20B水泵的葉輪及泵體配件，投運(yùn)后運(yùn)行情況良好，調(diào)試人員定期觀測(cè)其振動(dòng)及溫度都滿足設(shè)計(jì)要求。

10B循環(huán)水泵剛安裝試運(yùn)行，且水泵吸入喇叭口沒(méi)有裝設(shè)支撐拉桿前的最大振動(dòng)值為70μm，運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)生葉輪罩母松動(dòng)掉落的故障，拆卸后檢查發(fā)現(xiàn)水泵的導(dǎo)流體導(dǎo)葉片和出口管段法蘭附近均出現(xiàn)裂紋。

3 循環(huán)水泵運(yùn)行振動(dòng)原因分析

3.1 設(shè)計(jì)方面

在循環(huán)水管道穿墻處一般要設(shè)計(jì)管道套管，查閱電廠設(shè)計(jì)文件，發(fā)現(xiàn)本工程在管道穿墻處沒(méi)有設(shè)計(jì)套管，并且水泵出口與管道連接處也沒(méi)有設(shè)計(jì)伸縮節(jié)。由于此時(shí)安裝管道套管非常困難，所以試運(yùn)行時(shí)在水泵出口與管道連接處增加了伸縮節(jié)，防止管道推力傳遞到泵體，起到了一定的減振作用。

3.2 電機(jī)本體安裝方面

在電機(jī)安裝過(guò)程中測(cè)量電機(jī)聯(lián)軸器處的擺度為0.21 mm，此擺度值遠(yuǎn)大于規(guī)范要求（電力建設(shè)安裝規(guī)范要求電機(jī)軸在聯(lián)軸器處測(cè)得的相對(duì)擺度值為：電機(jī)轉(zhuǎn)速在250 r/min以下為0.03 mm；電機(jī)轉(zhuǎn)速在250～600 r/min為0.02 mm［1］）。另外，電機(jī)安裝時(shí)僅測(cè)量了聯(lián)軸器的外圓及張口值，并通過(guò)加薄鋼墊片的方法調(diào)整到合格范圍，沒(méi)有按照廠家要求測(cè)量電機(jī)水平度并調(diào)整在0.02 mm/m范圍內(nèi)。

3.3 水泵本體安裝方面

水泵本體方面引起振動(dòng)的原因主要包括：轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量不平衡；水泵零部件的機(jī)械強(qiáng)度及剛度較差；軸承及密封部件的磨損；水泵軸彎曲；泵組軸線不對(duì)中；聯(lián)軸器晃度值超過(guò)允許值；水泵安裝質(zhì)量差，結(jié)合面接觸不良，安裝精度低；水泵轉(zhuǎn)速與固有頻率一致等。

a）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況檢查，安裝中僅對(duì)1臺(tái)水泵（20B泵） 進(jìn)行了轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)，檢查結(jié)果不合格，經(jīng)修正并重新安裝后運(yùn)行狀況良好，說(shuō)明設(shè)備存在轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量不平衡的情況，因此，建議對(duì)剩余的3臺(tái)水泵全部進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，消除隱患。

b）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝人員介紹，發(fā)現(xiàn)本工程水泵泵體和電機(jī)的水平度與垂直度找正方法上存在缺陷，安裝過(guò)程中僅對(duì)水泵的垂直度進(jìn)行了測(cè)量，沒(méi)有進(jìn)行水泵聯(lián)軸器法蘭平面水平度的檢查（驗(yàn)收規(guī)范要求不大于0.05 mm/m［2］）。另外，在循環(huán)水管道安裝過(guò)程中，水管接口沒(méi)有和泵體自由對(duì)口施焊，導(dǎo)致管道法蘭與水泵泵體法蘭之間有2 mm的間隙，法蘭緊固時(shí)可能使泵體受到外力而拉斜，不能保證水泵的垂直度。

c）水泵泵體部分連接螺栓等緊固件多次出現(xiàn)松動(dòng)，說(shuō)明在安裝過(guò)程中緊固件施工質(zhì)量差，沒(méi)有做好防松動(dòng)措施。

3.4 電儀安裝與設(shè)計(jì)

測(cè)振傳感器接線安裝中出現(xiàn)了水平方向安裝到垂直方向，垂直方向安裝到水平方向的嚴(yán)重錯(cuò)誤。另外，建議增加泵組振動(dòng)、電機(jī)電流、水泵出口壓力報(bào)警保護(hù)。

3.5 水力方面

a）水泵進(jìn)口流速及壓力分布不均勻，存在壓力脈動(dòng)、偏流等現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)查了解，泵體喇叭口上的導(dǎo)葉與水泵出口方向不一致，會(huì)造成液體擾流漩渦汽蝕而引起振動(dòng)。

b）非正常工況容易引起汽蝕，如水泵啟停、出口閥門(mén)啟閉、工況改變及事故停泵等造成管道內(nèi)壓變化會(huì)引起水錘。如果進(jìn)水流道及流道導(dǎo)流體的設(shè)計(jì)、施工與設(shè)備廠家要求不一致，或者水泵吸入喇叭口淹沒(méi)深度不當(dāng)，都將造成水泵吸入口進(jìn)水條件惡化、出現(xiàn)漩渦、誘發(fā)汽蝕而引起泵體振動(dòng)。

3.6 調(diào)試方面

a）水泵出口管道設(shè)計(jì)有兩階段液控止回蝶閥和進(jìn)、排氣裝置，如果不按廠家和系統(tǒng)要求進(jìn)行調(diào)試，水泵出口兩階段液控止回蝶閥的開(kāi)啟、關(guān)閉時(shí)間和開(kāi)度設(shè)定不合理，就不能有效地防止水泵啟停時(shí)水錘的發(fā)生，會(huì)對(duì)水泵產(chǎn)生振動(dòng)，造成損壞。

b）測(cè)振傳感器接線錯(cuò)誤，調(diào)試檢查過(guò)程中也沒(méi)有認(rèn)真核對(duì)，導(dǎo)致振動(dòng)測(cè)量值偏離了監(jiān)測(cè)范圍。

3.7 運(yùn)行方面

a）循環(huán)水泵電機(jī)在與水泵連接前雖然進(jìn)行了單體試運(yùn)行，但沒(méi)有進(jìn)行電機(jī)振動(dòng)值的測(cè)量檢查，電機(jī)振動(dòng)是否合格不清楚；另電機(jī)運(yùn)行時(shí)如果定子與轉(zhuǎn)子的磁力中心未對(duì)正或徑向氣隙差超過(guò)允許值，均會(huì)造成磁力不平衡，電機(jī)軸的彎曲度超標(biāo)也會(huì)引起電機(jī)的振動(dòng)超標(biāo)，因此應(yīng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行單體試運(yùn)行，了解電機(jī)的運(yùn)行性能。

b）根據(jù)20B循環(huán)水泵試運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題以及現(xiàn)場(chǎng)的情況了解，沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行水泵振動(dòng)、溫度等就地測(cè)量，對(duì)異常情況及時(shí)分析處理是造成本次事故的主要原因。南望電廠在循環(huán)水泵日常運(yùn)行的監(jiān)控上不太規(guī)范，對(duì)運(yùn)行中的循環(huán)水泵沒(méi)有定時(shí)巡檢記錄，不能及時(shí)記錄每臺(tái)水泵的運(yùn)行狀況。

4 解決循環(huán)水泵運(yùn)行振動(dòng)的有關(guān)措施

4.1 對(duì)現(xiàn)有加固措施的建議

a）在水泵吸入喇叭口三個(gè)方向裝設(shè)支撐桿，此措施能有效防止泵體的振動(dòng)，增加泵體的整體剛性。根據(jù)支撐桿設(shè)計(jì)安裝的位置及形式，安裝支撐桿后，在保證不影響泵體水平、垂直度及對(duì)中的情況下，對(duì)增強(qiáng)泵組的穩(wěn)定性是有益的。

b）在水泵出水口管段三個(gè)方向裝設(shè)支撐，此措施已制定，但目前實(shí)際運(yùn)行中沒(méi)有采用，分析本工程水泵的結(jié)構(gòu)，電機(jī)與水泵為兩層混凝土基礎(chǔ)，所以在泵體與電機(jī)中間設(shè)置支撐可以提高其承受水泵出水反作用力及管道推力的能力，對(duì)防止泵體的振動(dòng)有較好的作用。同樣，根據(jù)支撐的設(shè)置位置及形式，認(rèn)為在支撐桿安裝過(guò)程中保證不影響泵體水平、垂直度及對(duì)中的情況下，對(duì)增強(qiáng)泵組的穩(wěn)定性是有益的。

4.2 對(duì)解決循環(huán)水泵運(yùn)行振動(dòng)的建議

a）對(duì)循環(huán)水泵電機(jī)進(jìn)行單體試運(yùn)行，測(cè)試電機(jī)本體的振動(dòng)值是否滿足要求。如果不合格要進(jìn)行分析處理。

b）檢驗(yàn)水泵葉輪動(dòng)平衡、軸的彎曲度是否滿足要求。

c）對(duì)水泵及電機(jī)基礎(chǔ)施工質(zhì)量進(jìn)行檢查，基礎(chǔ)板二次澆灌是否密實(shí)、地腳螺栓有無(wú)松動(dòng)、基礎(chǔ)是否發(fā)生不均勻沉降。

d）檢查水泵及電機(jī)整體水平度與垂直度，泵體的水平度與垂直度和電機(jī)的水平度與垂直度是否一致，泵組軸線是否對(duì)中，電機(jī)擺度是否超過(guò)允許值，聯(lián)軸器連接之后晃度是否超過(guò)允許值。

e）檢查泵體螺栓緊固件的施工質(zhì)量，是否涂抹防松動(dòng)劑或?qū)o固完的螺栓進(jìn)行了點(diǎn)焊。

f）檢查流道導(dǎo)流體設(shè)計(jì)、施工是否符合廠家要求。

g）檢查水泵出口伸縮節(jié)選型是否正確，安裝是否正確，是否能起到傳力伸縮作用。

h）檢查泵體排空氣裝置是否處于正常工作狀態(tài)。

i）檢查循環(huán)水系統(tǒng)中是否在最高處設(shè)置有排空氣閥，檢查閥門(mén)工作良好并在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行排空氣。

j）檢查水泵出口管道兩階段液控止回蝶閥啟閉過(guò)程、時(shí)間設(shè)定是否滿足設(shè)計(jì)要求。

k）加強(qiáng)對(duì)循環(huán)水泵運(yùn)行的日常監(jiān)控檢測(cè)，建立水泵運(yùn)行定期巡檢制度，指定專(zhuān)人定時(shí)記錄每臺(tái)水泵的工作狀況，發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題及時(shí)分析處理，防止水泵帶病運(yùn)行。

4.3 循環(huán)水泵安裝及檢修注意事項(xiàng)

對(duì)10B水泵設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行安裝、或其他水泵檢修時(shí)，注意以下幾點(diǎn)是非常重要的。

a）檢查葉輪罩母固定螺栓是否可靠固定，要求用不銹鋼焊條點(diǎn)焊。

b）檢查水泵導(dǎo)葉與水泵出口方向應(yīng)該一致。

c）檢查導(dǎo)流體與泵殼接觸應(yīng)良好均勻。

d）檢查水泵葉輪室的防轉(zhuǎn)裝置要與水泵下殼體防轉(zhuǎn)裝置順時(shí)針?lè)较蛳嘟弧?/p>

e）檢查軸承套管要與泵筒接觸良好。

f）檢查轉(zhuǎn)子擺度應(yīng)符合規(guī)范要求。泵組轉(zhuǎn)子擺度測(cè)量分為電機(jī)單獨(dú)擺度和泵組連接擺度兩個(gè)部分。首先測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子單獨(dú)擺度應(yīng)不大于0.02 mm/m，當(dāng)擺度超過(guò)允許值時(shí)，一般用刮削絕緣墊厚度的方法進(jìn)行調(diào)整；電機(jī)單獨(dú)擺度合格后，連接機(jī)組靠背輪法蘭，測(cè)量調(diào)整泵組轉(zhuǎn)子擺度不大于0.02 mm/m［3］。

g）檢查連接后聯(lián)軸器的晃度應(yīng)不超過(guò)0.03 mm，在使用磁性表座測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)支架生根要穩(wěn)固，表座離被測(cè)點(diǎn)越近數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確。

4.4 關(guān)于立式循環(huán)水泵賽龍軸承磨損問(wèn)題的處理建議

a）賽龍軸承與泵軸之間的間隙只有0.34～0.47 mm，要求潤(rùn)滑冷卻水采用過(guò)濾合格的海水，并要有足夠的流量和壓力才能保證軸承與泵軸之間形成水膜，起到潤(rùn)滑與冷卻作用。廠家對(duì)水泵軸承冷卻潤(rùn)滑水的要求為：過(guò)濾后的海水，每臺(tái)水泵流量為3 m3/h，壓力為0.3 MPa，當(dāng)壓力小于0.27 MPa時(shí)報(bào)警。南望電廠目前水泵軸承潤(rùn)滑冷卻水的進(jìn)口壓力表顯示為0.18～0.19 MPa，不能滿足設(shè)計(jì)要求。

b）除保證泵軸垂直度外還得檢查水泵軸頭的水平度在0.02 mm/m范圍內(nèi)，必須保證水泵軸置于軸承中心位置，防止泵軸偏心造成軸承的磨損。

c）運(yùn)行期間的振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作很重要，如果出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)，可能是軸承與泵軸之間間隙擴(kuò)大，可以在檢修期間測(cè)量泵軸與軸承之間的間隙，若發(fā)現(xiàn)軸承與軸配合間隙擴(kuò)大，必須盡早更換合格的軸承，否則可能使泵軸不在軸承中心直線運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜子部件摩擦。

5 結(jié)束語(yǔ)

印度尼西亞南望2×300 MW燃煤電廠循環(huán)水泵故障并損壞，主要原因是沒(méi)有控制好水泵安裝過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)督；另外對(duì)運(yùn)行中的水泵沒(méi)有進(jìn)行定期巡檢并記錄水泵的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)掌握設(shè)備異常并采取有效的處理措施是造成設(shè)備損壞的重要因素。在立式水泵安裝、檢修中必須做好水泵、電機(jī)垂直度、水平度以及聯(lián)軸器中心的檢查調(diào)整，檢查電機(jī)與水泵轉(zhuǎn)子連接后的整體擺度應(yīng)符合規(guī)范要求，同時(shí)保證所有連接件的可靠緊固并做好防松措施；水泵管道與水泵連接時(shí)必須自由對(duì)口，管道穿墻應(yīng)設(shè)計(jì)管道套管和伸縮補(bǔ)償段；水泵運(yùn)行中應(yīng)做好振動(dòng)、溫度、壓力等參數(shù)以及賽龍軸承的定期監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)分析解決，防止故障擴(kuò)大造成嚴(yán)重后果。

［1］ 趙祝人，徐云泉，余曉明，等.電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范第3部分.汽輪發(fā)電機(jī)組［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2012：156-167.

［2］ 魯煥浩，俞杏梅，王偉民，等.電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)價(jià)規(guī)程第3部分 汽輪發(fā)電機(jī)組［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2009：158-163.

［3］ 康德.汽輪機(jī)設(shè)備安裝工藝學(xué)［M］.北京：水利電力出版社，1993：232-238.