75CHTA-4型給水泵振動高原因的分析和處理

王　友（廣東省粵電集團有限公司珠海發(fā)電廠，廣東　珠?！?19000）

?

75CHTA-4型給水泵振動高原因的分析和處理

王友
（廣東省粵電集團有限公司珠海發(fā)電廠，廣東珠海519000）

摘要：給水泵是火力發(fā)電廠重要的輔機設(shè)備，其正常運行對整個發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行有很大的影響。結(jié)合某發(fā)電廠75CHTA-4型給水泵自由端軸振高實例分析得出，在最小流量閥小開度下，給水泵內(nèi)部受到非定常流動所產(chǎn)生的時變水力激勵作用，導(dǎo)致給水泵振動高的結(jié)論。并提出了給水泵最小流量閥開啟時間的調(diào)整方案，取得了良好的效果，對給水泵的故障診斷和處理有借鑒參考作用。

關(guān)鍵詞：給水泵；振動；非定常流動；最小流量閥

1　引言

給水泵由于高轉(zhuǎn)速，大流量，因此振動高的問題顯得尤為突出。一般來說，給水泵振動的原因主要有以下方面［1-4］：（1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，主要體現(xiàn)為一倍頻即工頻振動高；（2）小汽機與給水泵對中不好，主要體現(xiàn)為二倍頻振動高；（3）地腳螺栓松動、進出口管道支承不良，主要體現(xiàn)為多倍頻振動高。多倍頻振動大多由諧波引起，其頻率是工頻的2-10倍頻；（4）軸承緊力、間隙不當，引起油膜渦動和油膜振蕩，主要體現(xiàn)為低頻振動，一般為0.45-0.55倍工頻；（5）水泵動靜部分摩擦，密封間隙過大，液體動力支承力減小，泵的振動阻尼減小，引起水泵振動；（6）暖泵不充分，泵上下殼體溫差大，引起軸彎曲，主要體現(xiàn)為一倍頻振動高；（7）水泵汽蝕，液體以很大的速度從周圍沖向沸騰的氣泡中心，產(chǎn)生頻率很高、瞬時壓力很大的沖擊，引起水泵劇烈振動，在水泵附近可聽到噼噼啪啪的噪音。（8）水泵內(nèi)部非定常流動及脈動激發(fā)過流部件振動。離心泵中葉輪與蝸殼隔舌或?qū)~間的相互作用會在葉輪下游的壓水室產(chǎn)生時變的不穩(wěn)定流動以及壓力脈動［5］。

2　給水泵介紹

某火力發(fā)電廠一期2×700MW機組采用日本三菱公司生產(chǎn)的亞臨界、反動式、單軸、三缸四排汽、一次中間再熱、凝汽式汽輪機（TC4F-40），每臺汽輪機組配備2臺50%MCR鍋爐容量的汽動（主）給水泵及1臺25%MCR鍋爐容量的電動（啟動）給水泵，主給水泵采用Ingersoll Dresser Pump Company生產(chǎn)的水平中分四級圓筒式給水泵（水泵型號：75CHTA-4）。揚程2115m，額定流量1278T/H，額定轉(zhuǎn)速5260rpm，出口壓力18.22MPa，必需汽蝕余量NPSHr：51.8m，由小汽機拖動，二者之間采用撓性膜片聯(lián)軸器，為了提高泵的抗汽蝕性能，給水泵前都配置有前置泵串聯(lián)運行。給水泵出口管路設(shè)有再循環(huán)旁路返回至除氧器，用最小流量閥來控制再循環(huán)流量。給水泵軸振監(jiān)測共布置有四個測點，分別為自由端X向（3X）、Y向（3Y），驅(qū)動端X向（4X）、Y向（4Y），軸振報警值為80um，跳閘值為115um，延時3s。

3　故障過程

某廠2號機組檢修后初次啟動，當2A給水泵轉(zhuǎn)速升至約4200rpm，流量約為840T/H時，最小流量閥開度由28%逐漸減小至關(guān)閉。23號20：56，當最小流量閥開啟時，3X從27um迅速增大至76um，此時給水泵轉(zhuǎn)速3969rpm，流量686T/H。隨著閥位繼續(xù)開大，3X迅速回落至27um，3Y、4X、4Y保持在正常值范圍基本無變化。隨后三小時內(nèi)，類似現(xiàn)象分別出現(xiàn)兩次，3X值分別為83um、71um，給水泵流量為690T/H左右，24號01:31，最小流量閥開啟并維持在較低閥位，此時3X快速突升至保護定值，給水泵保護動作跳閘，給水泵運行參數(shù)見表1，曲線圖如圖1。

表1　給水泵運行參數(shù)

4　原因分析和排查

因為2A給水泵解體大修并更換了新的芯包，新的芯包在廠家做了全面的檢查，并更換了間隙超標的密封環(huán)，軸彎曲合格，轉(zhuǎn)子整體動平衡合格后方出廠。根據(jù)檢修記錄，水泵與小汽機對中的數(shù)據(jù)為：冷態(tài)時，圓周：水泵比小汽機高0.195mm（廠家標準為0.07mm，其中水泵比小汽機高0.25mm），端面：上張口0.025mm（廠家標準為0.025mm），可見水泵對中未超標。檢修期間根據(jù)廠家的要求用力矩扳手調(diào)節(jié)至560N·m將所有地腳螺栓緊固。再檢查軸瓦檢修記錄，驅(qū)動端瓦頂間隙0.12mm，側(cè)隙0.06mm，軸瓦緊力0.03mm，自由端瓦頂間隙0.11mm，側(cè)隙0.07mm，軸瓦緊力0.01mm，均在標準范圍內(nèi)，因此也可以排除軸承間隙不當引起油膜振蕩。給水泵在運行過程中，其入口壓力即前置泵出口壓力一直穩(wěn)定在2MPa，此壓力下對應(yīng)的飽和蒸汽溫度為212℃，遠低于除氧器給水溫度為170℃，排除了給水泵發(fā)生汽蝕的可能。泵啟動前，上下殼體溫度均為145℃，因此也可排除由于暖泵不充分導(dǎo)致軸彎曲。給水泵倍頻振動值如表2，在4332rpm時，水泵振動通頻和倍頻幅值都不高，結(jié)合上述分析，基本可以排除不對中、不平衡、軸承間隙不當、地腳松動等原因。

表2　給水泵振動倍頻值

再分析給水泵的振動過程，23號至24號跳閘前的5個小時內(nèi)，3X振動突升出現(xiàn)三次，其余軸振測點幅值增加很小。從趨勢圖上看，3X振動變化過程與最小流量閥開度曲線在趨勢圖上有較好的相關(guān)性，每當最小流量閥緩慢開啟時，3X振動都明顯突升，隨著閥位的迅速開大，3X軸振迅速降低至正常值。而給水泵跳閘時最小流量閥一直維持在較低的開度，說明最小流量閥小開度時存在一個流體擾動的臨界點，在該閥位狀態(tài)下，水泵內(nèi)部受到水流擾動產(chǎn)生激振。結(jié)合現(xiàn)場管道排查，發(fā)現(xiàn)2A給水泵再循環(huán)管道在汽機房6米處的支吊架螺栓由于振動大導(dǎo)致彎曲脫落，如圖2、圖3所示。這也從另一方面證明了再循環(huán)管道水流對整個給水泵組的擾動較大，給水泵內(nèi)部受到非定常流動所產(chǎn)生的時變水力激勵作用導(dǎo)致了這次2A給水泵3X軸振高故障。

5　解決方案

鑒于最小流量閥在小開度時引起水泵和再循環(huán)管道振動大，在DCS給水控制中將給水泵轉(zhuǎn)速為4200rpm時最小流量閥的開啟流量信號由690T/H修改為730T/H，減少最小流量閥在小開度的停留時間，避開了水流擾動臨界點，并將再循環(huán)管道支吊架M20的螺栓更換為M32的螺栓，增加支吊架的強度，重新固定好再循環(huán)管道。再次啟動2A給水泵，水泵參數(shù)曲線如圖4所示，泵參數(shù)正常，最小流量閥在開啟時迅速增大閥位，避開了小開度區(qū)間，3X振動無突升現(xiàn)象，穩(wěn)定在正常值。

6　結(jié)論

（1）非定常流動是影響離心泵穩(wěn)定運行的一個主要因素，離心泵的旋轉(zhuǎn)和靜止部件都會受到非定常流動所產(chǎn)生的時變水力激勵作用，進而產(chǎn)生流動誘導(dǎo)振動現(xiàn)象，這會導(dǎo)致泵振動升高，水泵各部件材料疲勞，縮短設(shè)備壽命。

（2）最小流量閥在小開度下，水流不僅對75CHTA-4型給水泵內(nèi)部產(chǎn)生擾動引起水泵振動高，而且由于閥前后差壓大，再循環(huán)管道的給水壓力在閥后迅速降低而閃蒸，會導(dǎo)致最小流量閥閥芯閥座和減壓導(dǎo)向套吹損加劇，這對其自身也是不利的，因此應(yīng)盡量避免最小流量閥在小開度下長時間停留。

（3）給水泵在振動高的原因有很多，必須結(jié)合運行方式、振動頻譜、轉(zhuǎn)速、流量和水泵構(gòu)造、檢修情況等方面分析排查，才能準確地找出振動源。

參考文獻：

［1］李宏喬，楊光.節(jié)段式高速鍋爐給水泵振動原因分析及消除措施［J］.水泵技術(shù)，2011（06）:44-46.

［2］南補連，馬俊杰，郭俊等.國華準電給水泵主泵振動原因分析及改造［J］.內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2004，5（22）:115-116.

［3］楊紹宇，劉曉峰，童小忠等.大型鍋爐高能給水泵振動故障分析與診斷方法［J］.汽輪機技術(shù)，2006，3（48）:230-232.

［4］關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊［M］.北京:宇航出版社，1995.

［5］裴吉，王文杰，袁壽其等.低比轉(zhuǎn)數(shù)離心泵內(nèi)部非定常流動特性數(shù)值預(yù)測［J］.農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2014，1（45）:79-83.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.206

作者簡介：王友（1983-），男，湖南衡東人，碩士，工程師，主要從事發(fā)電廠汽輪機及輔助設(shè)備管理工作。