汽動給水泵軸振大原因分析及對策

郭宇烽

摘 要：某電廠在機(jī)組停運(yùn)期間對一臺汽動給水泵芯包進(jìn)行了更換，重新投運(yùn)給水泵時，其4號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?；趯υO(shè)備結(jié)構(gòu)的了解及對故障現(xiàn)象的深入分析，技術(shù)人員對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。

關(guān)鍵詞：汽動給水泵;異常振動;質(zhì)量不平衡

引言

汽動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，提醒我們對于重要的轉(zhuǎn)動輔機(jī)，根據(jù)其運(yùn)行工況、運(yùn)行時間進(jìn)行軸系支撐系統(tǒng)及動靜結(jié)合面處的預(yù)防性檢查是十分必要的。希望對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。針對汽動給水泵轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的形成原因、振動機(jī)理和振動特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和介紹，以某600MW超臨界機(jī)組汽動給水泵在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常振動過程進(jìn)行分析和研究，指出轉(zhuǎn)動部件脫落是導(dǎo)致該汽動給水泵異常振動的主要原因，成功解決了汽動給水泵異常振動問題。

1汽動給水泵設(shè)備簡介

某電廠鍋爐補(bǔ)水采用汽動給水泵。給水泵型式為臥式、離心、多級筒體式，由筒體及芯包兩個主要部件組成。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。

2轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生原因、振動機(jī)理及振動特點(diǎn)

2.1轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生成因

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是由于轉(zhuǎn)子部件質(zhì)量偏心或轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)缺損造成的故障。造成轉(zhuǎn)子不平衡的具體原因很多，按發(fā)生不平衡的過程可分為原始不平衡、突發(fā)性不平衡和漸發(fā)性不平衡3種情況。（1）原始質(zhì)量不平衡。轉(zhuǎn)子在設(shè)計、加工及裝配過程中出現(xiàn)偏差或轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻等造成的轉(zhuǎn)子各方向質(zhì)量分布不均勻，如轉(zhuǎn)動部件在出廠時動平衡沒有達(dá)到平衡精度要求、對輪安裝不當(dāng)或檢修時更換零部件后動平衡不合格，它是設(shè)備自身存在的質(zhì)量不平衡。其特點(diǎn)是：原始不平衡在首次啟動就會顯現(xiàn)出來，在一定轉(zhuǎn)速下振動特征穩(wěn)定，振幅和相位受設(shè)備運(yùn)行參數(shù)影響不大，與升速或設(shè)備出力沒有直接聯(lián)系，在未對轉(zhuǎn)子進(jìn)行處理前，振動數(shù)據(jù)重復(fù)性好。（2）突發(fā)性質(zhì)量不平衡。轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中，由于零部件松動、葉輪流道有異物附著、卡塞等造成轉(zhuǎn)動部件瞬間出現(xiàn)質(zhì)量分布不均勻，具有突發(fā)性和隨機(jī)性。給水泵轉(zhuǎn)動部件選用的材料性能較差、設(shè)計結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足、加工工藝粗糙、轉(zhuǎn)動零件安裝緊力不足、運(yùn)行參數(shù)大幅偏離額定值、運(yùn)行介質(zhì)中存在雜物等原因，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動部件存在應(yīng)力過大、裂紋等各種各樣的問題，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)動零件脫落、卡澀等。突發(fā)振動具有在數(shù)秒內(nèi)某一瓦振動或周振為主振動迅速增大到一個固定值，相位同時也出現(xiàn)一個固定的變化，相鄰軸承振動也會增大，但變化的數(shù)值不及前者大。（3）漸發(fā)性質(zhì)量不平衡。由于介質(zhì)清潔度較差，含有部分雜質(zhì)，雜質(zhì)在轉(zhuǎn)子上不均勻結(jié)垢，或介質(zhì)中雜質(zhì)對葉片及葉輪的不均勻磨損、磨蝕等因素造成的轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。主要包括：轉(zhuǎn)動部件的磨損、轉(zhuǎn)動部件異物附著、轉(zhuǎn)動部件腐蝕等。其主要特點(diǎn)是：工頻振動隨時間變化，隨著設(shè)備運(yùn)行時間的加長，振幅緩慢增大，相位也隨之緩慢變化。

2.2轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡振動的特點(diǎn)

（1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動是轉(zhuǎn)子頻率的一倍頻，當(dāng)故障僅限于不平衡故障時，一倍頻率的振動幅值通常大于或等于振動總量幅值的80%。若除不平衡之外還有其它故障時，一倍頻率的振動幅值可能僅為振動總量幅值的5%～80%。（2）當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子第一階臨界轉(zhuǎn)速時，振動幅值隨轉(zhuǎn)速升高而增大;當(dāng)轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速后，振幅隨轉(zhuǎn)速增大而減小，并趨向一個較小的穩(wěn)定值。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速時，將產(chǎn)生共振，此時振幅將有最大峰值。（3）轉(zhuǎn)子軸心軌跡為橢圓。當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，不平衡產(chǎn)生的連續(xù)變化旋轉(zhuǎn)力始終作用在徑向方向上，但由于軸承的垂直方向剛度比水平方向剛度大，所以通常振動響應(yīng)是一定程度的橢圓軌跡，且水平方向振動大于垂直方向振動，一般范圍在2～3倍左右。（4）當(dāng)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障為主要振動原因時，軸承上水平方向與垂直方向振動相位差約為90°±30°。（5）轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡通常在徑向方向呈現(xiàn)穩(wěn)定的、可重復(fù)的振動相位。工作轉(zhuǎn)速一定時，振動相位穩(wěn)定，基本不變，振動的強(qiáng)烈程度對工作轉(zhuǎn)速的變化很敏感。（6）當(dāng)不平衡振動是由部件脫落引起時，振動的相位會發(fā)生突變。相位的變動能夠清晰的反應(yīng)轉(zhuǎn)動部件是否出現(xiàn)部件脫落。轉(zhuǎn)動部件脫落后，部件在外界力的作用下可能會發(fā)生位移的變化，并伴有異常聲響。

3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個方面的缺陷：平衡鼓發(fā)生偏磨，這是造成振動大的直接原因;4號徑向軸瓦檢查發(fā)現(xiàn)橢圓，對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)時間長發(fā)生了偏移。針對上述問題，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)：全軸校跳動最大值小于0.02mm，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)行動平衡檢測調(diào)校。在完成解體修復(fù)工作后，芯包運(yùn)返電廠，并在1號機(jī)組檢修期間回裝至1號機(jī)組B汽動給水泵，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)生時的異?，F(xiàn)象及解體檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷，對整個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）汽動給水泵轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提高，使平衡鼓磨損加劇，同時受4號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號瓦處油膜建立正常，軸瓦振動正常，油壓正常。

結(jié)語

給水泵轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是導(dǎo)致給水泵振動異常的主要因素，認(rèn)識和掌握轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡產(chǎn)生的振動原因、振動機(jī)理及振動特點(diǎn)，有助于從復(fù)雜的振動現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)潛在的問題并加以處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]施維新.轉(zhuǎn)子大不平衡振動的研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2010，52（1）：51-56.

[2]彭遠(yuǎn)囑，龔春雷.鍋爐給水泵平衡鼓磨損的原因分析及改進(jìn)措施[J].廣州化工，2014，42（5）：112-114.

[3]何文強(qiáng)，田永偉，楊建剛.滑動軸承軸頸溫度分布及其對振動的影響[J].動力工程學(xué)報，2015，35（6）：451-456.