給水泵振動分析及處理

閆望林

摘 要： 近年來，火力發電廠單位水泵的容量越來越大，配置的輔機，也有了相應地發展。作為鍋爐供水一心臟"的給水泵，處于尤為突出的地位。給水泵在轉動機械中算不上是很大的設備，泵的振動與汽輪機相比也往往容易被大家所忽視。但是我們從泵的事故統計來看，因泵的振動所引起的事故比例是很大的。當水泵振動值超過一定限度后，在短時間或經一段時間運行后，對水泵部件將形成損傷或損壞，嚴重時形成事故。為了防止事故再次發生，必須查明事故原因，找出對策。

關鍵詞： 給水泵；振動；原因；危害

1.緒 論

1.1 給水泵的意義及其原理簡介

水泵是用來把原動機的機械能轉變為流體的動能和勢能的一種動力設備，在火力發電廠中，它是維持蒸汽動力循環不可缺少的設備，是火力發電廠的主要輔助設備之一。在火力發電廠有許多不同類型的泵配合主機工作，如用給水泵向鍋爐提供給水，用凝結泵將凝汽器中的凝結水輸送到除氧器，用循環水泵向凝汽器供應冷卻水。

為了提高除氧器在滑壓運行時的經濟性，同時又保證主給水泵的安全，通常在主給水泵前加裝一臺低速泵，稱為前置泵，它與主給水泵串聯運行。由于前置泵的轉速低，其必須汽蝕余量較小，故可以降低除氧器的安裝高度，減少主廠房的建設費用。同時給水經前置泵升壓后，其出水壓頭高于主給水泵的必需汽蝕余量和它在小流量工況下的附加汽化壓頭，有效的防止了給水泵的汽蝕。

2.給水泵運行中振動原因分析及處理

2.1 軸承座標高和左右位置偏差

在現場檢查轉子對中或找正，是將聯軸器斷開，檢測聯軸器圓周和端面開口偏差（上下、左右），目前將這種偏差稱作水泵中心不正，而且不少資料和教科書將這種偏差誤認為是造成水泵振動的主要故障，由于這種誤解使水泵振動故障診斷研究走了一段較長的彎路。后來不得不從故障機理研究，才查明了這種故障對振動的影響。

如果忽略聯軸器缺陷（與軸頸不同心、兩個端面不平行、法蘭止口或螺栓節圓偏心），當其圓周、端面開口存在顯著偏差時，擰緊聯軸器螺栓，雖然連接的軸系仍然同心和平直，在旋轉狀態下并不直接產生振動的激振力，但它會產生下列后果：

改變軸瓦的載荷分配 ，當端面下開口時，會使聯軸器相鄰的兩個軸瓦載荷減少；圓周差會使圓周較低的相鄰軸瓦載荷減少；反之，則相反。當軸瓦載荷過大時，會使烏金溫度升高；載荷過小時，會使軸瓦失穩發生軸瓦自激振動。

改變動靜間隙 ，軸瓦載荷的改變，雖然不會明顯影響軸頸在軸瓦內的位置，但會使轉子靜撓曲發生變化，從而原來調整好的汽封、油擋間隙發生變化，嚴重時會發生動靜碰磨，使轉子產生熱彎曲引起不穩定普通強迫振動。

改變轉子振型曲線，由于軸瓦載荷改變，影響轉子支承狀態，使轉子振型曲線發生變化，對于采用有限平面平衡的柔性轉子中，當轉子振型曲線變化時，其平衡狀態會發生變化。

由大量現場振動測試結果證明，對于不平衡響應正常的軸系，當轉子中心和端面開口差小于0.60mm時，對軸系平衡的影響可以忽略；對于不平衡響應明顯偏高的軸系和轉子，當轉子中心和端面開口偏差過大（小于0.5mm）時，會使軸系平衡狀態發生一定的變化。這時消振有兩個途徑：一是消除或調整轉子中心和端面開口偏差；二是調整軸系平衡。其中柔性轉子合理平衡是關鍵，因此后一種方法較前者更為簡單有效。

轉軸承受預載荷 ，所謂預載荷是指施加在轉軸上的一種徑向載荷（力），它又分外部和內部預載荷。外部預載荷是指外部施加到轉子上的力，它主要是由聯軸器端面瓢偏、聯軸器與轉軸不同心和轉子自重引起；內部預載荷是指機器內部產生的施加到轉子上的力，它主要由軸瓦油膜力、軸承座標高變化、接觸密封引起的壓力不對稱、蒸汽作用力、傳動齒輪對轉軸反作用力等。

預載荷的直接影響是使轉軸承受額外的應力，并使軸頸壓向軸瓦的一側，由此產生非線性壓束，激起兩倍頻振動。如果轉軸徑的剛性不對稱，例如發電機轉子，會使兩倍頻率振動更加顯著。預載荷未必有害，有些因素引起的預載荷會使軸瓦趨于穩定，例如消除軸瓦自激振動，為了提高軸瓦穩定性，有時將該瓦抬高，對該瓦施加一個預載荷。

綜合以上的分析，其診斷要點是：當振動屬于穩定普通強迫持動時，排除了軸承座連接剛度不足、共振影響、軸系連接同心度和平直度偏差過大故障之后，即可作出振動故障原因是轉子不平衡的診斷。

2.2 轉子的靜平衡不良造成的振動

轉子靜平衡所需設備和測量方法都很簡單，因此對于轉子速不高、長徑比較小的轉子，為了簡化平衡手續并降低制造成本，在目前機器制造過程還廣泛地采用靜平衡技術，這種平衡技術雖然只能使轉子達到粗略的平衡，但對于轉速比較高的組合式轉子和轉軸了套裝較大質量的部件，例如汽輪機轉子的葉輪、聯軸器等，這樣不僅可以減少轉子最后動平衡工作量，而且可以提高整個轉子的平衡質量。

完整的轉子靜平衡，一般要經過下列兩個步驟：

2.2.1 明顯的靜不平衡的平衡

首先將轉動部件安裝在原來的轉軸或假軸上，然后支承在斷面為圓形或梭形的導軌上，由于導軌與轉軸之間磨擦阻力很小，因此在導軌上滾動，使部件不平衡重心轉到最下面，利用這一原理，在其對面（頂上）加重，使部件任一位置向上，都可以在導軌上停留，轉子明顯的靜不平衡的平衡就此結束。

2.2.2不明顯靜不平衡的平衡

上述明顯的靜不平衡的平衡，只是粗略的平衡，因為盡管部件在任一方向都在導軌上停留，但由于轉軸與導軌之間存在不可忽視的磨擦阻力，因此部件上不平衡力矩依然存在，為了減少導軌磨擦阻力對不平衡力矩的影響，可采用下列方法對部做進一步的平衡。

1、將輪盤圓周分成8等分，或360°；

2、分別將各等轉到水平位置，并分別加重，其加重一般有三種方法，一是加不同重量，讓輪盤開始轉動為止；二是加同一重量，讓輪盤擺支不同的角度；三是加不同重量，讓輪盤擺動相同的角度。

3、將各點加重或同一加重擺動不同角度繪成圖所曲線。

由圖可見，在③、④之間加重最大才能使輪盤轉動，相反，在其對面⑦、⑧之間加重最小，就能使輪盤轉動，顯然不平衡重點是在⑦、⑧之間，不平衡量即為△W/2。

4、將平衡重量△W/2加到③、④之間，重復上述（2）、（3）兩步，這時求得△W應顯著減呼，直到最小和最大加重無明顯差別為止。

2.3轉子動平衡不良造成的振動

靜平衡能使轉子達到靜力平衡，而不能減少轉子上力矩的不平衡，而且靜平衡精確度一般較低，尤其是小直徑的轉子，因此對于徑比（L/D）較大、工作轉速較高的轉子，只做靜平衡還不能滿足轉了最終平衡的要求。

剛性轉子動平衡一般稱作低速平衡，這并不是由平衡轉速高低來劃分的，而是由剛性轉子的定義所決定的。

根據理論計算和試驗結果證明，只有當轉子轉速低于0.4-0.5倍轉子第一臨界轉速時，轉子撓曲變形對其平衡的影響才可以忽略，根據這一原則，任何轉子只要低于一定的轉速，就可稱作剛性轉子來說。所以從剛性轉子和柔性轉子平衡區別來說，剛性轉子平衡和低速平衡含義相同，因此國外將剛性轉子平衡直接稱作低速平衡，就汽輪發電水泵轉子來說，其一階臨界轉速為900-2000r/min，當轉子平衡轉速低于400-1000r/min時，都可稱作低速平衡。

剛性轉子平衡硬論是假定轉子動態下不發生撓曲變形，因此轉子本體內復雜的不平衡分布所的生的復雜的不平衡力系，以矢量疊加和平移的原理，可分別疊加和平移到轉子兩個端面上，因此剛性轉子的平衡只要通過調整轉子兩個端面上重大小和方向，即可使整個轉子從啟動到工作轉速范圍內達到平衡要求。之所以要選取轉子兩個端面加重，主要是以下兩個原因：一是加減重量的方便；二是在一定的加重數值下，可以獲得較大的二階平衡效應。

3.總結

本文著重分析了造成給水泵軸承振動的原因的主要影響因素，并提出預防措施。針對發電廠給水泵軸承振動進行研究分析，利用機組停運期間進行拆檢分析原因，應用排除法逐一排除后確認可能的原因，并在機組正常運行中有針對性的進行試驗分析，經反復試驗分析后，最終得出水泵動平衡不合格造成軸承振動的結論。通過分析處理后，效果良好，水泵運行穩定可靠，提高了機組的安全性和經濟性。也大大提高了檢修人員對機組設備的熟悉程度，對指導分析機組安全經濟運行起到了很大的作用，同時提高了檢修人員參與設備改造分析的積極性。

參考文獻

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