汽動(dòng)給水泵軸振大原因分析及對(duì)策

林 森，李凡林，張 美，方 俊，張大偉

（淮南礦業(yè)集團(tuán)發(fā)電有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232033）

0 引言

汽動(dòng)給水泵作為火力發(fā)電廠重要的輔機(jī)設(shè)備之一， 其運(yùn)行可靠與否將對(duì)發(fā)電機(jī)組的安全生產(chǎn)產(chǎn)生直接影響。 某電廠在機(jī)組停運(yùn)期間對(duì)一臺(tái)汽動(dòng)給水泵芯包進(jìn)行了更換，重新投運(yùn)給水泵時(shí)，其4 號(hào)軸瓦處軸振異常增大導(dǎo)致出力受限，發(fā)電機(jī)組無法滿負(fù)荷運(yùn)行。 基于對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的了解及對(duì)故障現(xiàn)象的深入分析， 技術(shù)人員對(duì)軸振增大的原因給出了準(zhǔn)確的判斷并安排設(shè)備返廠修復(fù)。 本文著重對(duì)上述故障的異?，F(xiàn)象、 原因分析及檢修等過程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

1 汽動(dòng)給水泵設(shè)備簡介

某電廠鍋爐補(bǔ)水采用汽動(dòng)給水泵。 給水泵型式為臥式、離心、多級(jí)筒體式，由筒體及芯包兩個(gè)主要部件組成。其中筒體支承在型鋼結(jié)構(gòu)的泵座上，與給水管路采用焊接連接方式， 筒體上有一中間抽頭口以提供再熱器減溫水；芯包位于筒體內(nèi)，與筒體一起構(gòu)成泵的主壓力邊界，通過聯(lián)軸器連接與小汽輪機(jī)，可以整體從泵筒體內(nèi)抽出。 芯包由泵軸、 葉輪及導(dǎo)葉、平衡鼓、徑向軸承、推力軸承、軸端密封等組成。

汽動(dòng)給水泵相關(guān)參數(shù)見表1，泵組示意圖如圖1。

2 設(shè)備異常過程

圖1 汽動(dòng)給水泵組示意圖

表1 汽動(dòng)給水泵參數(shù)表（部分）

2018 年2 號(hào)機(jī)組啟動(dòng)，2 號(hào)機(jī) B 汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速達(dá)4 100 r／min 時(shí)，自由端內(nèi)、外側(cè)推力瓦溫度分別為63 ℃、78 ℃，潤滑油壓力 0.23 MPa，與給水泵芯包更換前比較，內(nèi)外瓦溫增加約10 ℃、35 ℃，油壓增加0.05 MPa。 后試驗(yàn)將系統(tǒng)潤滑油油溫由40 ℃降至35℃，推力瓦瓦溫有輕微回落，但該泵4 號(hào)瓦軸振發(fā)生突變，振動(dòng)在 X 向由 24 μm 升至 75.6 μm，Y 向由22 μm 上升至63.4 μm，但現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量軸瓦振動(dòng)值正常。

12 月 18 日停運(yùn) B 汽動(dòng)給水泵， 對(duì) 4 號(hào)軸瓦和推力瓦進(jìn)行檢查未見明顯損傷， 于是對(duì)4 號(hào)軸瓦瓦面進(jìn)行了簡單清理后再次啟動(dòng)該給泵。泵組啟動(dòng)后，4 號(hào)軸瓦振動(dòng)無明顯改善。

當(dāng)日再次停運(yùn)2 號(hào)機(jī)B 汽動(dòng)給水泵，對(duì)油管、軸承進(jìn)行檢查，拆除了3 個(gè)軸承箱進(jìn)油管的節(jié)流孔板，調(diào)整4 號(hào)軸瓦緊力并將推力瓦頂部回油口均流罩向上撬起一定角度增加回油量。

12 月19 日，第二次啟動(dòng)B 汽動(dòng)給水泵，潤滑油壓降為0.19 MPa， 內(nèi)外推力瓦溫度分別下降約20 ℃、15 ℃。 低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下振動(dòng)正常， 但轉(zhuǎn)速大于3 500 r／min 時(shí) ，4 號(hào)軸瓦處軸振 X 和 Y 向值呈上升 趨勢(shì)， 轉(zhuǎn)速3 600 ～3 700 r／min 時(shí)軸振動(dòng)達(dá)到 80 μm，最大至 90 μm。

12 月20 日，第三次停運(yùn)B 汽動(dòng)給水泵，將芯包更換為檢修前原使用芯包。 12 月22 日，2 號(hào)機(jī)B 汽動(dòng)給水泵第三次啟動(dòng)，4 號(hào)瓦軸振恢復(fù)正常， 推力瓦溫度恢復(fù)正常。

上述過程相關(guān)參數(shù)對(duì)比詳見表2。

表2 汽動(dòng)給水泵組歷次啟動(dòng)相關(guān)參數(shù)對(duì)比表

3 異常現(xiàn)象原因分析

3.1 推力瓦溫度高的原因分析

此次汽動(dòng)給水泵出現(xiàn)異常值的參數(shù)為推力瓦內(nèi)外側(cè)溫度及潤滑油壓力。經(jīng)對(duì)比兩個(gè)芯包，故障芯包的推力瓦進(jìn)油管節(jié)流孔板未拆除， 另一芯包推力瓦無節(jié)流孔板。咨詢?cè)O(shè)備廠家，其回復(fù)節(jié)流孔板不應(yīng)保留。在拆除節(jié)流孔板后，推力瓦內(nèi)外側(cè)溫度及潤滑油壓力均有較大幅度下降，但仍未達(dá)到正常值。

正常情況下，給水泵軸向推力的70%～95%應(yīng)由平衡鼓來平衡。 如平衡鼓平衡的軸向推力因異常原因減少，則推力瓦的負(fù)載勢(shì)必改變。而負(fù)載的改變可以直接從推力瓦的瓦溫進(jìn)行判斷，這是因?yàn)椋贺?fù)載變化，推力盤與兩側(cè)推力瓦的間隙將會(huì)發(fā)生改變，由此進(jìn)入兩側(cè)間隙的潤滑油量將發(fā)生改變［1］；在潤滑油需帶走的摩擦熱量一定的情況下， 進(jìn)油多的一側(cè)瓦溫下降，進(jìn)油少的一側(cè)油溫上升［2］。

由表2 看出， 推力瓦內(nèi)側(cè)溫度19 日比22 日的值低 10 ℃、外側(cè)溫度 19 日比 22 日的值高 20 ℃。 由此推斷19 日的推力瓦溫度異常是由平衡鼓損傷導(dǎo)致推力瓦運(yùn)行工況發(fā)生變化導(dǎo)致。

此外潤滑油壓22 日比19 日的值略低， 可認(rèn)為在19 日整個(gè)油路上的阻力略大。由于在拆除3 個(gè)軸承箱潤滑油進(jìn)油管節(jié)流孔板前4 號(hào)瓦軸振已經(jīng)升高， 無法判斷是推力瓦還是4 號(hào)瓦異常導(dǎo)致油壓略有升高。 此情況可作為推力瓦工況異常的一個(gè)不充分判斷依據(jù)，因此也予以提出。

3.2 4號(hào)軸瓦軸振大的原因分析

4 號(hào)軸瓦軸振增大是在汽動(dòng)給水泵潤滑油溫降低的過程中發(fā)生的，雖經(jīng)反復(fù)調(diào)整，并無向好趨勢(shì)，最后迫使電廠對(duì)芯包進(jìn)行了更換。 圖2 是12 月17日 20∶00—21∶20 時(shí)間段內(nèi)汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速、4 號(hào)瓦處X 向Y 向軸振值、潤滑油溫的變化曲線。

圖2 轉(zhuǎn)速油溫與軸振歷史曲線圖

對(duì)振動(dòng)進(jìn)行頻譜分析， 其振動(dòng)主要以一倍頻振動(dòng)分量為主，振動(dòng)性質(zhì)屬于普通強(qiáng)迫振動(dòng)。給水泵軸為柔性轉(zhuǎn)軸，這種軸在轉(zhuǎn)速升高的過程中，其撓曲將發(fā)生改變，轉(zhuǎn)軸平衡狀態(tài)將發(fā)生改變，轉(zhuǎn)軸的不平衡力將增加［3］。 結(jié)合給水泵振動(dòng)值隨轉(zhuǎn)速持續(xù)增加這一現(xiàn)象， 判斷給水泵軸系存在不平衡是造成給水泵振動(dòng)大的主要原因。 由于目前已判斷出的給水泵平衡鼓可能損壞，則其應(yīng)為振動(dòng)產(chǎn)生的主要原因。至于為何4 號(hào)瓦處軸振大而其他位置軸振正常， 判斷可能是因?yàn)榇颂庉S承座變形、 軸系載荷不平衡或者轉(zhuǎn)動(dòng)部件松脫。但由于現(xiàn)場(chǎng)條件有限，這3 種可能性無法進(jìn)一步甄別驗(yàn)證。

為何在油溫變化時(shí)發(fā)生軸振增大的異常情況是需要解決的難題。一般油溫變化對(duì)振動(dòng)的影響為：油溫過高， 使冷卻軸承的效果不好， 造成軸承溫度升高；油溫升高還會(huì)使?jié)櫥偷酿ざ认陆?，容易引起局部油膜破壞，潤滑失效，降低軸承的承載能力，甚至發(fā)生潤滑油碳化而燒瓦［4］。 油溫過低，會(huì)使油的黏度增加，從而使油膜潤滑摩擦力增大，軸承耗功增加；油溫過低還會(huì)使油膜變厚， 產(chǎn)生因油膜振動(dòng)引起的設(shè)備振動(dòng)［5］。 上述兩種情況一般是在油溫大幅度變化時(shí)才會(huì)發(fā)生， 且如果時(shí)間較短只要及時(shí)恢復(fù)油溫在正常范圍內(nèi)，設(shè)備振動(dòng)會(huì)回歸正常值。但本次振動(dòng)大的現(xiàn)象和結(jié)果與上述情況均不相符。

回顧圖2 可見在潤滑油溫持續(xù)下降的過程中，給水泵經(jīng)歷了一次升轉(zhuǎn)速過程， 在這期間發(fā)生了軸振動(dòng)值的突變上升。分析現(xiàn)象，合理的解釋是由于給水泵轉(zhuǎn)速升高，導(dǎo)致平衡鼓摩擦進(jìn)一步加劇，軸振突然增加，油溫變化與振動(dòng)無直接關(guān)系。

4 給水泵解體檢查及修復(fù)情況

故障芯包返廠后，經(jīng)解體檢查，發(fā)現(xiàn)其主要存在3 個(gè)方面的缺陷：平衡鼓發(fā)生偏磨，這是造成振動(dòng)大的直接原因；4 號(hào)徑向軸瓦檢查發(fā)現(xiàn)橢圓，對(duì)軸瓦油膜建立存在影響；軸承支架檢查發(fā)現(xiàn)變形。

以上是造成振動(dòng)的主要原因。平衡鼓偏磨、徑向軸瓦橢圓是由于支架變形情況下機(jī)組運(yùn)行發(fā)生磨損，支架變形是由于芯包投運(yùn)時(shí)間長發(fā)生了偏移。針對(duì)上述問題，解體檢修采取了以下幾方面措施：

1）按產(chǎn)品說明書中的解體步驟及檢修規(guī)范對(duì)給水泵進(jìn)行完全解體，所有零件清理干凈，并逐件認(rèn)真檢查，復(fù)檢關(guān)鍵配合面、密封面尺寸公差。

2）主軸修復(fù)：全軸校跳動(dòng)最大值小于0.02 mm，擦白、著色探傷、磁粉探傷、復(fù)檢主軸各檔軸徑公差尺寸。

3）葉輪清洗清理。

4）徑向軸瓦維修：更換新件。

5）平衡鼓維修：拋光外表面。

6）機(jī)械密封整修。

7）更換所有密封件的常規(guī)易損件。

8）復(fù)裝并進(jìn)行動(dòng)平衡檢測(cè)調(diào)校。

在完成解體修復(fù)工作后，芯包運(yùn)返電廠，并在1 號(hào)機(jī)組檢修期間回裝至1 號(hào)機(jī)組B 汽動(dòng)給水泵，設(shè)備運(yùn)行良好，各項(xiàng)參數(shù)正常，缺陷確認(rèn)消除。

結(jié)合事件發(fā)生時(shí)的異?，F(xiàn)象及解體檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷，對(duì)整個(gè)異常事件的梳理過程簡述如下：

1）支架變形導(dǎo)致平衡鼓偏磨、徑向軸瓦橢圓。

2）受平衡鼓輕微損傷及潤滑油節(jié)流孔板未拆除兩個(gè)因素影響，推力瓦內(nèi)外側(cè)瓦溫不正常升高，潤滑油壓高。

3）汽動(dòng)給水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，使平衡鼓磨損加劇，同時(shí)受4 號(hào)軸瓦橢圓及油溫小幅降低影響，油膜建立不正常，導(dǎo)致X 和Y 方向軸振突增。

4）節(jié)流孔板拆除后，潤滑油流節(jié)流阻力減小，潤滑油壓大幅度降低，但平衡鼓的缺陷無法消除，軸振無好轉(zhuǎn)。

5）更換芯包，其平衡鼓正常運(yùn)行，推力瓦受到的軸向推力在正常范圍，內(nèi)外側(cè)瓦溫回歸正常，4 號(hào)瓦處油膜建立正常，軸瓦振動(dòng)正常，油壓正常。

5 結(jié)束語

汽動(dòng)給水泵芯包作為整體部件， 一般情況下由于部件本身原因?qū)е卤媒M異常運(yùn)行的可能性較小。本次異常事件的發(fā)生，提醒我們對(duì)于重要的轉(zhuǎn)動(dòng)輔機(jī)，根據(jù)其運(yùn)行工況、運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行軸系支撐系統(tǒng)及動(dòng)靜結(jié)合面處的預(yù)防性檢查是十分必要的。 希望對(duì)這一異常事件的分析診斷過程能為其他電廠處理此類問題或進(jìn)行設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)提供有益的經(jīng)驗(yàn)參考。