燃煤電廠給水泵故障分析與檢測(cè)研究

聶學(xué)軍

摘 要：火電廠設(shè)備的正常運(yùn)行是電力生產(chǎn)過(guò)程安全高效進(jìn)行的前提。給水泵是鍋爐給水增壓的主要設(shè)備，它是鍋爐主要的輔機(jī)之一，該設(shè)備一般運(yùn)行在大流量、高水溫、高速度、大壓變的環(huán)境中，發(fā)生故障的可能性很大，給水泵的故障直接影響鍋爐給水的供應(yīng)，從而影響電廠的發(fā)電過(guò)程，嚴(yán)重的甚至?xí)箼C(jī)組停機(jī)。為此對(duì)給水泵故障進(jìn)行分析和檢測(cè)是燃煤電廠需要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題，本文分析了給水泵常見(jiàn)故障，并且為故障的處理提供了相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：給水泵；故障分析；檢測(cè)；火電廠

一、前言

給水泵作為火力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)中比較重要的輔機(jī)，且給水泵常運(yùn)行于較惡劣的環(huán)境環(huán)境中，它的正常運(yùn)行直接關(guān)系到燃煤機(jī)組鍋爐的正常運(yùn)行和發(fā)電過(guò)程順暢。給水泵的故障多種多樣，常見(jiàn)的故障是給水泵汽蝕，汽蝕常常使給水泵的震動(dòng)增強(qiáng)，而給水泵的振動(dòng)又往往會(huì)誘發(fā)金屬疲勞，從而造成設(shè)備運(yùn)行故障。根據(jù)美國(guó)電力研究所進(jìn)幾年對(duì)給水泵故障進(jìn)行的調(diào)查表明：大型電站鍋爐給水泵故障率高達(dá)30 %以上，而且泵越大，故障率越高，也反映了泵向強(qiáng)力化發(fā)展是故障率高的原因之一[2]。另外，為了實(shí)現(xiàn)電廠的節(jié)能減排，變頻調(diào)速技術(shù)在電廠得到了應(yīng)用和推廣，但是這些改造并不是一方風(fēng)順的，例如給水泵變頻過(guò)程中泵的固有頻率與變頻器的頻率將會(huì)引起給水泵的共振，直接導(dǎo)致泵軸的斷裂和損傷，對(duì)電力生產(chǎn)過(guò)程造成的破壞是不可估量的[3]。因此，不管是新老機(jī)組，逐步實(shí)現(xiàn)和完善給水泵的故障檢測(cè)與診斷體制，健全給水泵的檢修方法，為實(shí)現(xiàn)電廠的安全和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行有很大的作用。

二、鍋爐給水泵震動(dòng)

給水泵在運(yùn)行過(guò)程中，最常見(jiàn)的故障是汽蝕問(wèn)題，給水泵的汽蝕常常導(dǎo)致給水泵及其相連設(shè)備的震動(dòng)，引起金屬疲勞，甚至是一些結(jié)構(gòu)斷裂，引起發(fā)電過(guò)程中不想遇到的故障。此外，給水泵的汽蝕還常常會(huì)引起噪音過(guò)大，降低給水泵的使用壽命，并且給水泵的汽蝕會(huì)使給水泵的運(yùn)行效率降低，給水泵的揚(yáng)程降低。

如上所述，汽蝕常常會(huì)引起給水泵的震動(dòng)，震動(dòng)的檢測(cè)可以直接確定給水泵的故障與否，并且給水泵在運(yùn)行的過(guò)程中，通過(guò)震動(dòng)的大小也可以確定給水泵工作效率的高低，所以對(duì)給水泵震動(dòng)的檢測(cè)和分析具有十分重大的顯示意義。給水泵在運(yùn)行過(guò)程中，震動(dòng)過(guò)大首先導(dǎo)致的問(wèn)題是噪聲問(wèn)題，如上文所述，震動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致金屬的疲勞，降低給水泵相關(guān)的零件的使用壽命，嚴(yán)重的情況下導(dǎo)致給水泵的軸承、葉輪甚至是法蘭螺栓的斷裂，引起汽輪機(jī)運(yùn)行事故，導(dǎo)致非計(jì)劃停機(jī)，使電廠承受不必要的損失。

如果在電廠中采用震動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，以上的汽蝕和震動(dòng)問(wèn)題將在震動(dòng)檢測(cè)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)，并且通過(guò)泵的異常震動(dòng)調(diào)節(jié)泵的運(yùn)行方式，降低泵的震動(dòng)。另外如果在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，泵的震動(dòng)不斷增強(qiáng)并且通過(guò)調(diào)節(jié)起效甚微，則在有必要的情況下要進(jìn)行停泵處理，避免因?yàn)檎饎?dòng)引發(fā)的更嚴(yán)重的電廠運(yùn)行事故。給水泵的震動(dòng)原因多種多樣，除上文所述汽蝕引起的震動(dòng)外，常見(jiàn)的原因還有基礎(chǔ)剛度不足，固定不緊，給水泵的共振等 [4]，給水泵的同步震動(dòng)常見(jiàn)原因有結(jié)構(gòu)共振、低頻振動(dòng)、轉(zhuǎn)子不平衡、軸彎曲、部件偏轉(zhuǎn)、水力不平衡、不對(duì)中、動(dòng)靜碰磨、轉(zhuǎn)子裂紋等。

為了檢測(cè)給水泵的震動(dòng)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)科研院所對(duì)給水泵的軸、汽輪機(jī)軸等旋轉(zhuǎn)部件的振動(dòng)檢測(cè)以及頻譜分析進(jìn)行了研究，為實(shí)現(xiàn)高效的檢測(cè)泵類原件的震動(dòng)提供了很多有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)和方法。

三、給水泵汽蝕

僅通過(guò)對(duì)震動(dòng)的檢測(cè)并不能完全確定泵類原件運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，因?yàn)榻o水泵除了通常旋轉(zhuǎn)設(shè)備的故障外還有泵類原件常見(jiàn)的問(wèn)題。如上文所述的汽蝕，汽蝕主要是由于泵內(nèi)部分流體氣化所引起的。給水泵的汽蝕對(duì)給水泵的正常運(yùn)行會(huì)有很大的影響。當(dāng)給水泵入口的壓力比流體當(dāng)時(shí)溫度下的汽化壓力低的時(shí)候，泵內(nèi)的流體就會(huì)發(fā)生汽化，并且會(huì)在流體內(nèi)產(chǎn)生氣泡，氣泡會(huì)在流體內(nèi)在葉輪的通道中隨著壓力的變化逐漸破滅，此時(shí)氣泡周圍的流體就會(huì)向氣泡所在的區(qū)域沖擊，從而造成強(qiáng)烈的震動(dòng)。所以如上文所述，給水泵汽蝕的問(wèn)題是給水泵發(fā)展過(guò)程中要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，汽蝕引起的沖擊頻率可以達(dá)到2萬(wàn)次/min～3萬(wàn)次/min之多，而且這些沖擊往往作用于很小的范圍內(nèi)，其沖擊壓力可達(dá)到幾十兆帕[5]。此時(shí)給水泵的震動(dòng)問(wèn)題將會(huì)變得十分嚴(yán)重，從而造成的給水泵金屬的局部疲勞。另外，汽蝕過(guò)程產(chǎn)生的氣泡中還常常含有氧氣等活潑氣體，對(duì)設(shè)備造成化學(xué)腐蝕，所以對(duì)汽蝕問(wèn)題的控制將顯得十分重要。汽蝕引起的故障通常有以下幾類：

首先給水泵的汽蝕會(huì)激起給水泵葉輪的非常規(guī)振動(dòng)，進(jìn)而引起泵軸及整個(gè)泵體的振動(dòng)。產(chǎn)生巨大的噪音，使工作環(huán)境惡化。另外，汽蝕激振與原有振動(dòng)疊加會(huì)導(dǎo)致泵體地面基礎(chǔ)松脫。

其次，汽蝕產(chǎn)生的氣泡等將會(huì)使給水泵的性能下降。這是由于水泵發(fā)生汽蝕時(shí)，給水泵內(nèi)的水流中含有氣泡，引起水泵工作性能的變化，此變化對(duì)不同類型的水泵是不同的。但總體來(lái)說(shuō)，給水泵內(nèi)的氣泡等長(zhǎng)長(zhǎng)會(huì)引起給水泵的揚(yáng)程、功率和效率急劇下降，最后水泵停止出水[5]。

再次給水泵的汽蝕會(huì)造成給水泵內(nèi)通道的侵蝕。這是因?yàn)?，在汽蝕過(guò)程，產(chǎn)生的氣泡會(huì)在其周圍的高壓液體的共同作用下，瞬間破裂，周圍的液體撞擊水泵通流面造成沖擊，常常會(huì)在泵體上形成海綿狀空穴，降低給水泵的使用壽命。

最后，汽蝕還會(huì)造成泵體內(nèi)部的動(dòng)靜碰摩。尤其是在給水泵前壓力過(guò)低時(shí)，汽蝕問(wèn)題就會(huì)大規(guī)模持續(xù)發(fā)生，這時(shí)水泵葉輪就會(huì)與蒸汽摩擦發(fā)熱從而導(dǎo)致泵內(nèi)原件的溫度升高，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致原件的膨脹變形，當(dāng)膨脹到一定程度，動(dòng)靜間隙減小就會(huì)導(dǎo)致動(dòng)靜碰摩。

給水泵汽蝕的檢測(cè)一般通過(guò)以下幾種方法來(lái)進(jìn)行：

首先，通過(guò)對(duì)水泵的觀察，查看給水泵是否具有汽蝕過(guò)程應(yīng)有的典型特征。因?yàn)樗玫钠g是由于水泵內(nèi)流體氣化引起的，所以泵在汽蝕引發(fā)點(diǎn)的壓力很低或者流體的溫度很高。通過(guò)觀測(cè)給水泵入口出口處的溫度、壓力可以初步確定和檢測(cè)到水泵汽蝕。

其次，設(shè)計(jì)一種使用與給水泵的檢測(cè)和控制系統(tǒng)。首先，在給水泵進(jìn)出口之間安裝一套壓差控制器設(shè)備，通過(guò)該設(shè)備可以獲得給水泵前后的壓差，并且將信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，此時(shí)電機(jī)就可以通過(guò)檢測(cè)結(jié)果給出響應(yīng)的動(dòng)作。其次，在給水泵殼體外安裝一個(gè)測(cè)溫傳感器，用于對(duì)對(duì)給水泵工作溫度做出實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。汽輪機(jī)甩負(fù)荷過(guò)程中或者是熱力系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，是泵汽蝕最可能發(fā)生的時(shí)機(jī)。此時(shí)，通過(guò)給水泵泵體外的溫度傳感器就可以快速的捕到水泵汽蝕后溫度的變化。通過(guò)溫度的變化來(lái)確定是否發(fā)生了汽蝕或發(fā)生汽蝕的程度，如此就可以再很大程度上提高給水泵汽蝕檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

最后，近期發(fā)展起來(lái)的變頻技術(shù)對(duì)提高給水泵的運(yùn)行性能有很大的作用。當(dāng)機(jī)組在進(jìn)行運(yùn)行過(guò)程中，給水系統(tǒng)中往往只有隨著給水量、給水壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，通過(guò)改變給水泵的運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行于最佳工況是給水泵安全高效運(yùn)行節(jié)前提 [7]。然而，單單對(duì)系統(tǒng)中的單泵進(jìn)行調(diào)整，其能力是有限的，給水壓力與給水量是個(gè)變值，而泵的能力是一定的，要使兩者統(tǒng)一起來(lái)，必須對(duì)泵以及變頻實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，根據(jù)不同時(shí)期的變化，對(duì)給水泵調(diào)配給水壓力與給水量。為此，需實(shí)現(xiàn)對(duì)前置泵泵及給水進(jìn)行多點(diǎn)調(diào)整才能發(fā)揮總體效益。

四、結(jié)論

給水泵作為燃煤電廠重要的工作原件，給水泵的正常運(yùn)行直接影響到給電廠鍋爐的正常運(yùn)行，從而影響燃煤電廠的運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)燃煤電廠的安全生產(chǎn)和電力供應(yīng)的順暢，給水泵的故障檢測(cè)顯得十分有必要，本文首先介紹了給水泵運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題，然后著重介紹了給水泵震動(dòng)和汽蝕問(wèn)題，并且提供了故障常見(jiàn)問(wèn)題和檢測(cè)方法。

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