精密點(diǎn)檢在循環(huán)水泵故障診斷中的應(yīng)用

徐　升

(浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315722)

0　概　述

精密點(diǎn)檢是指用標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)儀器、儀表，對(duì)設(shè)備進(jìn)行綜合性測(cè)試或檢查。在被檢設(shè)備未解體狀態(tài)下，采用特殊儀器、工具或其他特殊方法，測(cè)定設(shè)備的振動(dòng)、溫度、裂紋、變形、絕緣等狀態(tài)量，將所測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)照該設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，以確定被檢設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

開(kāi)展以振動(dòng)頻譜分析為重點(diǎn)的分析工作，是輔機(jī)設(shè)備精密點(diǎn)檢的重要組成部分。針對(duì)某循環(huán)水泵多次出現(xiàn)振幅嚴(yán)重超標(biāo)、泵內(nèi)有異常噪聲等問(wèn)題，對(duì)循環(huán)水泵的振動(dòng)進(jìn)行了測(cè)量和分析，得到了該水泵的實(shí)際劣化頻率，并通過(guò)劣化傾向管理，對(duì)水泵的振動(dòng)進(jìn)行了跟蹤分析，從而獲得水泵的劣化趨勢(shì)和規(guī)律。進(jìn)一步分析了水泵的劣化原因后，通過(guò)改進(jìn)設(shè)備的檢修工藝，提高了循環(huán)水泵運(yùn)行的可靠性。

1　循環(huán)水泵的布置及檢修

在某4×600 MW超臨界機(jī)組的開(kāi)式冷卻系統(tǒng)中，冷卻介質(zhì)為海水。系統(tǒng)中有8臺(tái)循環(huán)水泵，為立式、單級(jí)單吸、轉(zhuǎn)子可抽出式斜流水泵，水泵為單支座布置。水泵和電機(jī)之間采用剛性聯(lián)軸器連接。循環(huán)水泵的軸較長(zhǎng)，設(shè)有4個(gè)水潤(rùn)滑非金屬軸承，分別位于導(dǎo)葉體、軸承支架及填料函體的軸座上，軸承的標(biāo)準(zhǔn)間隙，為0.30～0.55 mm。軸承位置的布置，如圖1所示。在循環(huán)水泵的泵座上， 設(shè)置有3個(gè)振速探頭，報(bào)警值分別設(shè)為0.5 mm/s、1.0 mm/s。

圖1循環(huán)水泵軸系的導(dǎo)軸承布置

在開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)中，冷卻介質(zhì)為海水。循環(huán)水泵吸入口處的壓頭，隨海水潮位的高低而變化，因此，導(dǎo)致循環(huán)水泵的電流也相應(yīng)變化，變化幅度為10～15A。潮位變化對(duì)循環(huán)水泵電流的影響，如圖2所示。

圖2潮位變化對(duì)循環(huán)水泵電流的影響

2　循環(huán)水泵故障的原因

2.1　導(dǎo)軸承脫落及軸套偏磨

對(duì)照近8年的水泵故障檢修記錄，均能發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)泵座的振速超過(guò)1.0 mm/s，且水泵電機(jī)軸承的振幅達(dá)到150 um時(shí)，水泵都會(huì)發(fā)生故障。將水泵解體后，可發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軸承、軸套存在嚴(yán)重的磨損情況，而且，還存在水泵導(dǎo)葉體處的導(dǎo)軸承脫落，導(dǎo)軸承支架b處的軸套偏磨嚴(yán)重等情況。軸套偏磨的角度，為同一角度。水泵軸套的偏磨狀態(tài)，如圖3所示。

圖3　水泵軸套的偏磨狀態(tài)

造成軸套偏磨及導(dǎo)軸承脫落的主要原因，是安裝泵體的同心度不佳。在泵軸的運(yùn)行過(guò)程中，泵軸套及導(dǎo)軸承的受力，為單側(cè)受力。隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，軸套與導(dǎo)軸承之間的配合間隙因磨損而不斷增加，從而引發(fā)了水泵振動(dòng)。在磨損加劇的同時(shí)，摩擦阻力也在不斷增加，使導(dǎo)軸承等聯(lián)接螺栓被振松或脫落，甚至被直接剪斷，造成了比較嚴(yán)重的后果。

2.2　葉輪被腐蝕且有裂紋

循環(huán)水泵葉輪的材質(zhì)，為國(guó)產(chǎn)合金鑄鋼件。循環(huán)水泵葉輪采用耐酸不銹鋼整體鑄造成形，由于鑄件的晶粒粗大，組織較為疏松，材料中常含有氣孔和夾雜。材料中細(xì)小的鑄造氣孔，如圖4所示。海水的腐蝕性強(qiáng)，特別是海水中攜帶了有害的Cl-離子，在不銹鋼葉片表面或在葉輪的薄弱部位形成了點(diǎn)狀腐蝕。另外，因葉輪表面存在銹蝕和鹽垢，當(dāng)吸收水分后，成為電解質(zhì)，又對(duì)葉輪造成了電化腐蝕。當(dāng)腐蝕的程度不斷加深后，容易在材料上形成疲勞裂紋的源點(diǎn)，最終將在葉輪表面上產(chǎn)生微裂紋。當(dāng)微裂紋經(jīng)過(guò)海水的長(zhǎng)期沖刷，進(jìn)一步擴(kuò)展為宏觀裂紋。在運(yùn)行中，葉輪承受多重受力，包括水流沖擊力形成的彎曲應(yīng)力、葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的拉應(yīng)力及水流產(chǎn)生的激振力。由于應(yīng)力的存在，將導(dǎo)致葉片的斷裂。

圖4材料斷面上的細(xì)小鑄造氣孔

3　精密點(diǎn)檢的內(nèi)涵

開(kāi)展精密點(diǎn)檢工作的重點(diǎn)，是測(cè)定設(shè)備的振動(dòng)、溫度、裂紋、變形、絕緣等狀態(tài)量，將狀態(tài)量對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)和歷史記錄進(jìn)行分析和比較，以判別設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行管理，尋找設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)和規(guī)律，得到合理的設(shè)備運(yùn)行參考值，實(shí)行預(yù)知檢修，從而將設(shè)備故障消除在萌芽狀態(tài)，提高了設(shè)備的可靠性，降低了設(shè)備的維修頻次。消除設(shè)備故障的最佳周期，如圖5所示。

圖5　消除設(shè)備故障的最佳周期

4　精密點(diǎn)檢及應(yīng)用實(shí)例

為確保循環(huán)水泵較長(zhǎng)周期的正常運(yùn)行，需合理安排設(shè)備檢修的周期。針對(duì)循泵振動(dòng)的劣化過(guò)程進(jìn)行分析，才能找到循環(huán)水泵劣化的根源。在循泵運(yùn)行過(guò)程中，監(jiān)測(cè)振動(dòng)的數(shù)值為矢量疊加量，同樣，振動(dòng)數(shù)值也反映了循泵內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)精密點(diǎn)檢的要求，采集了6臺(tái)循環(huán)水泵的振動(dòng)頻譜數(shù)據(jù)。6臺(tái)循泵的特征振動(dòng)頻譜，如表1所示。

表1機(jī)組循環(huán)水泵的特征振動(dòng)頻譜

循泵序號(hào)測(cè)量時(shí)間數(shù)值/(mm·s-1)特征頻譜值/(mm·s-1)25Hz20Hz82.5Hz87.5Hz7.5Hz1A循泵10:150.30.070.150.14//1B循泵10:160.20.15////2A循泵10:170.30.220.07///3A循泵10:180.40.19///0.073B循泵10:180.60.450.19/0.13/4A循泵10:190.40.42/0.080.100.08

由表1數(shù)據(jù)可知，3B循泵的振動(dòng)值較大，已超過(guò)報(bào)警值0.5 mm/s，其中，1B泵座的振動(dòng)幅度最小，且無(wú)雜項(xiàng)分量，運(yùn)行最為穩(wěn)定。

該廠循泵的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速370 r/min，在工頻運(yùn)行時(shí)，頻率約為6.1 Hz。循泵的葉輪有4個(gè)葉片，25 Hz時(shí)的頻譜分量為4倍頻，在該頻率，6臺(tái)循泵均存在振動(dòng)分量。在6臺(tái)循泵中，有2臺(tái)水泵(3B、4A)的4倍頻分量較大，循泵受到進(jìn)水的沖擊力較大，使循泵吸入喇叭口的導(dǎo)流體受到?jīng)_擊，因此造成了水泵零件的磨損。有時(shí)，葉輪的動(dòng)不平衡不佳，也會(huì)導(dǎo)致零件的磨損。所以，如發(fā)現(xiàn)25 Hz的倍頻分量較大，就需要核查循泵葉輪的動(dòng)平衡狀態(tài)，同時(shí)，檢查循泵吸入喇叭口處導(dǎo)流體零件的磨損情況。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，在20 Hz、82.5 Hz、87.5 Hz、7.5 Hz時(shí)，可發(fā)現(xiàn)水泵振幅中存在著雜項(xiàng)分量。

4.1　電機(jī)軸承振幅及分析

在2013年11月，經(jīng)該月的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，4A循泵的振動(dòng)速度為1.0 mm/s，已達(dá)報(bào)警值。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)20 Hz的分量有突增，其他高頻分量也有略增的情況，振幅的變化趨勢(shì)，如圖6所示。停運(yùn)4A循泵進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)發(fā)生故障的主要原因，是葉輪有裂紋和導(dǎo)軸承的偏磨，葉輪存在較大的質(zhì)量不平衡。因此，重新對(duì)葉輪進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，在葉輪某側(cè)增加重量，約2 500 g。

圖6 4A循泵電機(jī)上軸承20 Hz振動(dòng)分量變化情況

4.2　泵座水流方向上的振速

在2014年3月，發(fā)現(xiàn)3A循泵的振動(dòng)較大，電機(jī)軸承的振幅，已達(dá)200 um。停泵進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)3A循泵的振動(dòng)，主要發(fā)生在水流的進(jìn)出口方向上，振幅隨時(shí)間的推移逐漸增大。為此，定期采集了3A循泵的振動(dòng)數(shù)據(jù)。3A循泵的振動(dòng)頻譜，如表2所示。

表23A循泵的振動(dòng)頻譜

測(cè)量時(shí)間數(shù)值/(mm·s-1)特征頻譜值/(mm·s-1)25Hz20Hz82.5Hz7.5Hz13.10.300.40.19//0.0713.11.040.50.270.290.320.2113.11.150.60.380.37/0.1313.11.270.80.270.530.27/13.12.101.00.390.54//13.12.301.00.180.720.66/14.01.081.00.280.71//14.03.041.90.451.75/0.39

由表2數(shù)據(jù)可知，當(dāng)振幅值達(dá)報(bào)警值時(shí)，振動(dòng)的頻率集中在20 Hz、82.5 Hz等分量的增長(zhǎng)上。對(duì)3A循泵解體檢查，發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在葉輪裂紋及導(dǎo)軸承偏磨等問(wèn)題。

4.3　檢修方法及效果

4.3.1外筒體的水平調(diào)整

根據(jù)3A、4A循泵的檢修情況進(jìn)行分析，循泵外筒體以及轉(zhuǎn)子部套的水平偏差較大，進(jìn)水側(cè)較高，約為0.11 mm/m，將進(jìn)水側(cè)與出水側(cè)相比，高出了0.22 mm，零件的同心度也較差，折算到導(dǎo)葉體導(dǎo)軸承處軸系中心單側(cè)的偏差，約為0.44 mm。在循泵導(dǎo)軸承b處，軸系中心單側(cè)的偏差，約為0.23 mm，達(dá)到了導(dǎo)軸承間隙的上限。當(dāng)循泵調(diào)整回裝后，開(kāi)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)就會(huì)產(chǎn)生偏磨。為此，重新調(diào)整循環(huán)水泵筒體的水平位置，使循泵外筒體的水平偏差小于0.05 mm/m，然后將外筒體垂直安裝到位。

4.3.2葉輪裂紋的處理

對(duì)葉輪進(jìn)行無(wú)損探傷，對(duì)已發(fā)現(xiàn)的裂紋進(jìn)行挖補(bǔ)，采用激光冷焊處理，并對(duì)葉輪進(jìn)行高速動(dòng)平衡檢測(cè)，偏差不能超過(guò)50 g。

4.3.3按標(biāo)準(zhǔn)安裝

更換或修復(fù)導(dǎo)軸承、套筒聯(lián)軸器、導(dǎo)軸承支架及泵軸。按標(biāo)準(zhǔn)要求，調(diào)整各零件的裝配間隙，同時(shí)，做好循泵泵體及轉(zhuǎn)動(dòng)件的海水防腐工作。經(jīng)過(guò)檢修，目前，3A、4A循泵泵座的振動(dòng)速度，均在0.3 mm/s以下，正常運(yùn)行已近1年，振動(dòng)數(shù)值以及振動(dòng)頻譜均穩(wěn)定無(wú)變化，確保了循泵長(zhǎng)周期的穩(wěn)定運(yùn)行。

5　結(jié)　語(yǔ)

根據(jù)檢修實(shí)例可得出結(jié)論，從循泵安裝至發(fā)生運(yùn)行劣化，必然伴隨20 Hz振動(dòng)分量的變化，產(chǎn)生分量變化的根本原因，是葉輪在長(zhǎng)期運(yùn)行中產(chǎn)生了微小裂紋，導(dǎo)致了葉輪質(zhì)量的不平衡，并引起循泵導(dǎo)軸承處的磨損加劇，各零件的配合間隙變大，進(jìn)而引起循泵的振幅進(jìn)一步加大。

在循泵運(yùn)行過(guò)程中，定期采集循泵的振動(dòng)頻譜，按照精密點(diǎn)檢的分析方法，不斷摸索控制指標(biāo)及劣化發(fā)展的周期，根據(jù)分析后數(shù)據(jù)，制訂合理的循泵檢修周期，提高循泵的可靠性，實(shí)現(xiàn)循泵的預(yù)期狀態(tài)檢修。

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