高振奎

摘 要:文章針對華電龍口公司#5機凝結泵出現的電機水平振動大故障,分析了振動產生的原因、相對應的措施、實驗過程、臨時處理方案直至最終問題的解決。
關鍵詞:立式凝結泵;水平振動;共振;破壞;改變
1 問題的產生
華電龍口公司#5機組為N220型超高壓汽輪機組,配備兩臺16NL型凝結泵,一運一備。在2013年5月一次設備定期切換后,#1凝結泵出現了電機水平振動大的故障,經多次檢查調整甚至更換電機,均未徹底解決,嚴重影響到機組安全運行。
2 16NL型凝結泵介紹
如圖1所示,該泵是雙殼筒式立式離心泵。泵體采用上部推力軸承配合徑向軸瓦和下部橡膠瓦作為轉子支撐,電機轉子采用推力軸承;軸封采用外接密封水的浮環式密封。整泵座于混凝土基座上,修后保證泵體水平≤0.02mm/m。設計流量550m3/h,揚程180m,介質為凝結水,正常水溫32~43℃,6KV三相四極電機。
圖1
3 故障現象
#1凝結泵在切換運行后,發現沿出入口方向(X向)水平振動大,自電機與泵結合處向上至電機頂部,振動逐漸增大,最大達225μm,而Y向水平振動則不大(12~22μm),基礎臺板處更小,且振動值隨負荷、水位、電機轉頻無規則變化。
4 造成水平振動的主要因素及分析
在故障出現后,我們進行了檢查試運,針對現場實際做了對應的推理分析,如下:
(1)泵內或入口管內有空氣,空氣門開度不夠。如果泵內積聚空氣不能及時排出,泵在運轉過程中會發生較為劇烈的振動,有時伴隨較大的噪音,電流也會隨之擺動??紤]到是設備切換后產生的故障,首先檢查了空氣門和密封水門開度,經過多次調整與對比,振動未見明顯降低。
(2)低水位、小流量運行。凝結泵在工頻狀態下,低水位與小流量運行時由于入口流量不穩、不足或出口憋壓,泵會發生劇烈振動和噪音,現場處理時,檢查出口門開度無異常,聯系運行人員提高凝汽器水位,振動明顯減輕,但最大值仍>110μm。
(3)轉子不對中。立式凝結泵在大修后要校水平,確保轉子在運轉中旋轉中心與重心盡量保持一致。并調整電機轉子與泵轉子中心對中,確保凝結泵整個轉子軸系在運行狀態下不因此產生扭曲、反扭及交變應力,而造成相鄰部件的振動。
(4)轉子不平衡,聯軸器及其連接螺栓缺陷。泵在長時間運行后,因汽蝕以及自然磨損的原因,葉輪等部件會產生質量不均造成轉子不平衡,引發振動。另外,聯軸器聯接螺栓彈性圈在磨損后,也會產生質量不均,造成振動。我們還對電機的風葉是否會因積灰不均造成質量不平衡進行了檢查。
(5)軸承故障。最直接的表征就是發熱和振動。我們對電機軸承進行了的紅外圖分析,最高溫度49.3℃,最低48.5℃,在允許范圍內,超聲檢查也無異常發現。
(6)支撐部件裂紋、基礎不牢。支撐部件裂紋,基礎松動、軟腳,支撐系統的剛度發生變化,將會引發不可逆振動。
5 檢修調整過程及采取的措施
(1)對空氣系統進行調整發現改善不明顯后,又對調整了凝汽器水位,保持較高水位運行,振動值立即下降,振動得到明顯改善,各部位均在標準內(最大36μm),要求保持高水位運行。
(2)通過高水位運行的調整后,連續運行一夜(約10小時)無異常,第二天上午9時凝結泵又開始出現振動,各種調整無效。
(3)停運,檢查轉子對中無異常;更換聯軸器螺栓彈性圈,試運振動無改善??赵囯姍C,振動110μm,進一步檢查電機軸承和電機風葉無異常發現;將電機吊離后放于地面,空試振動16μm,懷疑泵體水平出現問題,復查水平在標準范圍內,解體上導軸承及推力軸承部件,發現上導軸承間隙超標0.03mm,更換,復裝后保持較高水位試運,振動得到改善,但運行2小時左右振動數值上升,最大
175μm。
(4)繼續分析,切換凝結泵運行狀態,對工頻、變頻各工況進行抄表記錄分析。得出:
a.工頻較高水位運行振動數值較小,額定轉速下,振動不大,能控制在30μm以下,但機組負荷變化下運行人員操作頻繁、調節困難,易發汽蝕現象,增加廠用電;
b.變頻運行,初始振動穩定,隨轉速升高振動逐漸增大,在1170-1330r/min時振動數值明顯增大,最大可達198μm,轉速繼續升高或降低則振動值都下降。
(5)進一步分析認為:振動是共振引起的。在變頻運行狀態下,在1170-1330r/min時,整個支撐系統(基礎、泵、電機、管道等)的固有頻率與變頻運行時轉頻相同或成倍數關系,引發共振,因泵X向支撐剛度較弱,Y向支撐剛度強,于是造成了電機X向振動大、Y向振動較小的現象。
(6)制定對策:破壞及改變共振區。
6 采取的措施
通過最后的試驗及分析,我們做出以下調整:
(1)調整好空氣門開度,并保持凝汽器較高水位運行;
(2)對出入口管道進行外力加固,對電機上部沿X向進行支撐;改變整個支撐系統的固有頻率,使其與變頻經常運行工況下的轉頻錯開,以消除共振。
經過以上處理后,在多點運行實驗,振動沒有了“共振”特征,振動數值在各種負荷下均小于50μm,符合標準要求。
7 結束語
采取上述措施后,凝結泵一直運行穩定,但考慮到不是正常的運行狀態,在10月份的小修中,我們將凝結泵進行了解體大修,發現首級葉輪、導葉等部件汽蝕、磨損嚴重,更換磨損和間隙超標的部件后,又對凝結泵基礎進行了重新加固,對各管路進行了檢查,消除了管道應力,開機后至今運行正常,徹底解決了存在的問題,確保了機組的安全運行。