火力發電廠汽泵常見振動問題分析

何小鋒

（江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京211102）

隨著電網機組單機容量的增加和性能參數的提高，對給水泵性能和安全運行提出了更高要求。目前高效能鍋爐給水泵主要采用小汽機驅動，由于振動問題導致汽泵無法正常啟動或跳機的情況時有發生，嚴重影響機組出力和安全運行,汽泵的振動問題日益凸顯。根據對并網機組汽泵振動問題的分析及處理經驗，總結歸納了汽泵常見的幾類振動故障及對應處理措施，以便為發電廠汽泵的檢修和運行提供參考。

1 汽泵常見振動故障及處理

一般汽泵軸系支撐示意圖如圖1所示，給水泵由小汽機帶動工作，小汽機及給水泵各由2個軸承支撐。

圖1 汽泵軸系支撐示意圖

1.1 給水泵質量不平衡

給泵轉子為剛性轉子，剛性轉子質量不平衡引起的振幅為：

式中：A為轉子振動幅值；m為不平衡質量；r為質心離回轉中心的距離；ω為角速度；Kd為動剛度[1]。

由于其支撐動剛度在運行中基本不變，轉子振動幅值與轉速平方成正比，因此，其質量不平衡主要表現為給泵支撐軸承振動幅值隨著轉速的升高而平穩增加，振動成分主要為工頻，振動重復性好。一般給水泵因質量不平衡引起傳動端振動大的問題可通過現場加重處理。

某電廠汽泵啟機時給水泵傳動端工頻振動幅值隨轉速上升而平穩增加，幾次升降速情況一致，至4400r/min時泵傳動端X向工頻振動45μm，通頻70μm，無法繼續升速帶高負荷，經判斷為給水泵質量不平衡。加重前升速波特圖如圖2所示。通過計算，在聯軸器上試加重17 g，4400r/min時工頻振幅降至23μm左右，通頻47μm，加重后升速波特圖如圖3所示。試加重后，給泵已能滿負荷運行。

1.2 小汽機質量不平衡

由于小汽機轉子一般為柔性轉子，在轉速升高的過程中，其撓曲將發生改變，轉子平衡狀態也發生變化。具體表現為，轉子在一階臨界轉速以下，軸承振幅隨轉速升高而逐漸增大；在接近一階臨界轉速時，其振幅迅速增大；當轉子橫向振動自振頻率與轉子不平衡激振力頻率重合時，就產生了共振[1]。通過一階臨界轉速后，其一階不平衡引起的振幅逐步下降，而二階不平衡引起的振動幅值則逐步增加。由于目前小汽機工作轉速區域基本在一階轉速與二階轉速之間，故小汽機質量不平衡引起的振動，主要表現為小汽機升速過臨界時振動超標，或者正常運行時隨轉速升高，小機前軸承或后軸承振動爬升或者兩軸承均出現爬升，振動頻率主要為工頻成分，振動重復性好。由于大部分小機汽缸并未設計現場加重手孔，一般建議返廠進行高速動平衡處理。

某電廠小機在正常運行轉速區間，1號瓦振動值偏大，最大達70μm左右，且主要為工頻，負荷不變時振動幅值相位穩定，測取前、后軸承降速波特圖如圖4、圖5所示。從波特圖上可以看出，通過轉子一階臨界轉速時，前后軸承振動均不超過30μm，說明轉子一階平衡情況較好，從高轉速降至接近一階臨界轉速時，隨著轉速降低，振動值穩步下降，從振動數據上分析，轉子存在著二階質量不平衡，在檢修中通過返廠動平衡處理后，振動已降至較好水平。

1.3 聯軸器問題

在運行中，由于聯軸器的緊力、對中情況會發生改變，在緊力不足、對中不好的情況下，將對汽泵的工頻振動造成影響。目前多數汽泵為齒套式聯軸器連接，運行中嚙合面磨損，間隙變大，當負荷變動時，聯軸器傳遞的扭矩發生變化，聯軸器齒間嚙合點發生移位或卡澀，也會對振動造成影響。聯軸器連接問題可通過檢修調節連接緊力、對中情況及更換磨損嚴重的齒套聯軸器來處理。某電廠汽泵為齒套式聯軸器連接，隨著負荷的變動，泵傳動端振動發生變化，在600MW負荷時，振動幅值最大達到94μm。變負荷試驗發現，汽泵在4784r/min到5291r/min間運行時，泵傳動端振動在5000r/min時達到最大值，4784r/min到5000r/min時，泵傳動端X，Y向工頻振動分別爬升了7μm，8μm；5000r/min到5135r/min時，泵傳動端X，Y向工頻振動分別下降了10μm，16μm，如圖6所示。

從振動理論上分析，如果是因為質量不平衡引起的振動，其幅值會隨著轉速的升高而平穩升高，而不會出現在高于某一轉速時，振動又出現較快下降的情況，故建議檢修中檢查聯軸器對中及齒套式聯軸器連接情況，結果發現汽泵左右方向整體跑偏2mm，處理后啟機，振動問題得到解決。

1.4 碰磨問題

碰磨是導致小機和給泵振動的原因之一，汽封、油檔、水密封等處的動靜碰磨會使小機沖轉過程發生碰磨或在正常運行中跳機。部分電廠機組在額定負荷運行時，小機振動出現快速爬升，導致跳機。其主要原因為動靜碰磨，一是可能運行參數變化等因素導致動靜間隙變小，二是內部部件在投運后產生一定變形或基礎下沉、標高變化導致動靜間隙變小。某電廠2臺汽泵在大修后啟機時，由于水密封處一側間隙偏小，出現較嚴重碰磨導致無法啟機，1臺給水泵甚至出現抱死的情況。其中1臺給水泵間隙處理前后泵傳動端升速波特圖如圖7、圖8所示。

從波特圖可看出，間隙處理前，在升速至4170r/min左右，泵傳動端振動因為碰磨而發生較快增加，處理完后，振動隨轉速平穩上升。對于碰磨問題，在運行中注意運行參數不要大幅度劇烈變化，如果振動有爬升現象，應注意檢查運行參數是否有異（蒸汽溫度，真空、軸封溫度等），在振動增大到一定程度后，可考慮改變運行參數，如降負荷、降低汽泵轉速或汽泵退出運行等。在振動較大且仍快速增大時，應按照規程迅速采取必要措施，防止事故發生。

1.5 其他問題

某發電廠1臺汽泵大修后啟機，升速至1397r/min時，各瓦振動幅值突然變大而打閘見圖9、圖10，其中小汽機傳動端振動矢量變化量達到98μm，再次沖轉時，升速振動曲線與打閘后降速曲線重合，判斷為部件掉落所致，經檢查為聯軸器內并帽螺母未鎖死，在升速過程中掉落，產生質量不平衡所致。

2 結束語

（1）通過現場處理發現，碰磨和聯軸器問題為小機和給泵比較常見的振動問題，在汽泵出現振動問題的情況下，可先檢查聯軸器連接情況，并觀察判斷有無碰磨跡象，然后視情況再做處理。

（2）對于質量不平衡問題，小汽機一般需返廠進行動平衡處理，給水泵不平衡致使傳動端振動大，一般可現場加重處理。

（3）建議電廠在適當時候增加小汽機偏心測量裝置，這將有利于對小汽機啟機過程中碰磨等問題的分析。

[1] 施維新，石靜波.汽輪發電機組振動及事故[M].北京：中國電力出版社，2008.