給水泵振動(dòng)分析及處理

閆望林

摘 要： 近年來(lái)，火力發(fā)電廠單位水泵的容量越來(lái)越大，配置的輔機(jī)，也有了相應(yīng)地發(fā)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(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械中算不上是很大的設(shè)備，泵的振動(dòng)與汽輪機(jī)相比也往往容易被大家所忽視。但是我們從泵的事故統(tǒng)計(jì)來(lái)看，因泵的振動(dòng)所引起的事故比例是很大的。當(dāng)水泵振動(dòng)值超過(guò)一定限度后，在短時(shí)間或經(jīng)一段時(shí)間運(yùn)行后，對(duì)水泵部件將形成損傷或損壞，嚴(yán)重時(shí)形成事故。為了防止事故再次發(fā)生，必須查明事故原因，找出對(duì)策。

關(guān)鍵詞： 給水泵；振動(dòng)；原因；危害

1.緒 論

1.1 給水泵的意義及其原理簡(jiǎn)介

水泵是用來(lái)把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的動(dòng)能和勢(shì)能的一種動(dòng)力設(shè)備，在火力發(fā)電廠中，它是維持蒸汽動(dòng)力循環(huán)不可缺少的設(shè)備，是火力發(fā)電廠的主要輔助設(shè)備之一。在火力發(fā)電廠有許多不同類型的泵配合主機(jī)工作，如用給水泵向鍋爐提供給水，用凝結(jié)泵將凝汽器中的凝結(jié)水輸送到除氧器，用循環(huán)水泵向凝汽器供應(yīng)冷卻水。

為了提高除氧器在滑壓運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)又保證主給水泵的安全，通常在主給水泵前加裝一臺(tái)低速泵，稱為前置泵，它與主給水泵串聯(lián)運(yùn)行。由于前置泵的轉(zhuǎn)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(shè)費(fèi)用。同時(shí)給水經(jīng)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(yùn)行中振動(dòng)原因分析及處理

2.1 軸承座標(biāo)高和左右位置偏差

在現(xiàn)場(chǎng)檢查轉(zhuǎn)子對(duì)中或找正，是將聯(lián)軸器斷開(kāi)，檢測(cè)聯(lián)軸器圓周和端面開(kāi)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(shū)將這種偏差誤認(rèn)為是造成水泵振動(dòng)的主要故障，由于這種誤解使水泵振動(dòng)故障診斷研究走了一段較長(zhǎng)的彎路。后來(lái)不得不從故障機(jī)理研究，才查明了這種故障對(duì)振動(dòng)的影響。

如果忽略聯(lián)軸器缺陷（與軸頸不同心、兩個(gè)端面不平行、法蘭止口或螺栓節(jié)圓偏心），當(dāng)其圓周、端面開(kāi)口存在顯著偏差時(shí)，擰緊聯(lián)軸器螺栓，雖然連接的軸系仍然同心和平直，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下并不直接產(chǎn)生振動(dòng)的激振力，但它會(huì)產(chǎn)生下列后果：

改變軸瓦的載荷分配 ，當(dāng)端面下開(kāi)口時(shí)，會(huì)使聯(lián)軸器相鄰的兩個(gè)軸瓦載荷減少；圓周差會(huì)使圓周較低的相鄰軸瓦載荷減少；反之，則相反。當(dāng)軸瓦載荷過(guò)大時(shí)，會(huì)使烏金溫度升高；載荷過(guò)小時(shí)，會(huì)使軸瓦失穩(wěn)發(fā)生軸瓦自激振動(dòng)。

改變動(dòng)靜間隙 ，軸瓦載荷的改變，雖然不會(huì)明顯影響軸頸在軸瓦內(nèi)的位置，但會(huì)使轉(zhuǎn)子靜撓曲發(fā)生變化，從而原來(lái)調(diào)整好的汽封、油擋間隙發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生動(dòng)靜碰磨，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲引起不穩(wěn)定普通強(qiáng)迫振動(dòng)。

改變轉(zhuǎn)子振型曲線，由于軸瓦載荷改變，影響轉(zhuǎn)子支承狀態(tài)，使轉(zhuǎn)子振型曲線發(fā)生變化，對(duì)于采用有限平面平衡的柔性轉(zhuǎn)子中，當(dāng)轉(zhuǎn)子振型曲線變化時(shí)，其平衡狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。

由大量現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果證明，對(duì)于不平衡響應(yīng)正常的軸系，當(dāng)轉(zhuǎn)子中心和端面開(kāi)口差小于0.60mm時(shí)，對(duì)軸系平衡的影響可以忽略；對(duì)于不平衡響應(yīng)明顯偏高的軸系和轉(zhuǎn)子，當(dāng)轉(zhuǎn)子中心和端面開(kāi)口偏差過(guò)大（小于0.5mm）時(shí)，會(huì)使軸系平衡狀態(tài)發(fā)生一定的變化。這時(shí)消振有兩個(gè)途徑：一是消除或調(diào)整轉(zhuǎn)子中心和端面開(kāi)口偏差；二是調(diào)整軸系平衡。其中柔性轉(zhuǎn)子合理平衡是關(guān)鍵，因此后一種方法較前者更為簡(jiǎn)單有效。

轉(zhuǎn)軸承受預(yù)載荷 ，所謂預(yù)載荷是指施加在轉(zhuǎn)軸上的一種徑向載荷（力），它又分外部和內(nèi)部預(yù)載荷。外部預(yù)載荷是指外部施加到轉(zhuǎn)子上的力，它主要是由聯(lián)軸器端面瓢偏、聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸不同心和轉(zhuǎn)子自重引起；內(nèi)部預(yù)載荷是指機(jī)器內(nèi)部產(chǎn)生的施加到轉(zhuǎn)子上的力，它主要由軸瓦油膜力、軸承座標(biāo)高變化、接觸密封引起的壓力不對(duì)稱、蒸汽作用力、傳動(dòng)齒輪對(duì)轉(zhuǎn)軸反作用力等。

預(yù)載荷的直接影響是使轉(zhuǎn)軸承受額外的應(yīng)力，并使軸頸壓向軸瓦的一側(cè)，由此產(chǎn)生非線性壓束，激起兩倍頻振動(dòng)。如果轉(zhuǎn)軸徑的剛性不對(duì)稱，例如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，會(huì)使兩倍頻率振動(dòng)更加顯著。預(yù)載荷未必有害，有些因素引起的預(yù)載荷會(huì)使軸瓦趨于穩(wěn)定，例如消除軸瓦自激振動(dòng)，為了提高軸瓦穩(wěn)定性，有時(shí)將該瓦抬高，對(duì)該瓦施加一個(gè)預(yù)載荷。

綜合以上的分析，其診斷要點(diǎn)是：當(dāng)振動(dòng)屬于穩(wěn)定普通強(qiáng)迫持動(dòng)時(shí)，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(guò)大故障之后，即可作出振動(dòng)故障原因是轉(zhuǎn)子不平衡的診斷。

2.2 轉(zhuǎn)子的靜平衡不良造成的振動(dòng)

轉(zhuǎn)子靜平衡所需設(shè)備和測(cè)量方法都很簡(jiǎn)單，因此對(duì)于轉(zhuǎn)子速不高、長(zhǎng)徑比較小的轉(zhuǎn)子，為了簡(jiǎn)化平衡手續(xù)并降低制造成本，在目前機(jī)器制造過(guò)程還廣泛地采用靜平衡技術(shù)，這種平衡技術(shù)雖然只能使轉(zhuǎn)子達(dá)到粗略的平衡，但對(duì)于轉(zhuǎn)速比較高的組合式轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸了套裝較大質(zhì)量的部件，例如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的葉輪、聯(lián)軸器等，這樣不僅可以減少轉(zhuǎn)子最后動(dòng)平衡工作量，而且可以提高整個(gè)轉(zhuǎn)子的平衡質(zhì)量。

完整的轉(zhuǎn)子靜平衡，一般要經(jīng)過(guò)下列兩個(gè)步驟：

2.2.1 明顯的靜不平衡的平衡

首先將轉(zhuǎn)動(dòng)部件安裝在原來(lái)的轉(zhuǎn)軸或假軸上，然后支承在斷面為圓形或梭形的導(dǎo)軌上，由于導(dǎo)軌與轉(zhuǎn)軸之間磨擦阻力很小，因此在導(dǎo)軌上滾動(dòng)，使部件不平衡重心轉(zhuǎn)到最下面，利用這一原理，在其對(duì)面（頂上）加重，使部件任一位置向上，都可以在導(dǎo)軌上停留，轉(zhuǎn)子明顯的靜不平衡的平衡就此結(jié)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?yàn)楸M管部件在任一方向都在導(dǎo)軌上停留，但由于轉(zhuǎn)軸與導(dǎo)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(dǎo)軌磨擦阻力對(duì)不平衡力矩的影響，可采用下列方法對(duì)部做進(jìn)一步的平衡。

1、將輪盤(pán)圓周分成8等分，或360°；

2、分別將各等轉(zhuǎn)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(pán)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)為止；二是加同一重量，讓輪盤(pán)擺支不同的角度；三是加不同重量，讓輪盤(pán)擺動(dòng)相同的角度。

3、將各點(diǎn)加重或同一加重?cái)[動(dòng)不同角度繪成圖所曲線。

由圖可見(jiàn)，在③、④之間加重最大才能使輪盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，相反，在其對(duì)面⑦、⑧之間加重最小，就能使輪盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，顯然不平衡重點(diǎn)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(fù)上述（2）、（3）兩步，這時(shí)求得△W應(yīng)顯著減呼，直到最小和最大加重?zé)o明顯差別為止。

2.3轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良造成的振動(dòng)

靜平衡能使轉(zhuǎn)子達(dá)到靜力平衡，而不能減少轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子，因此對(duì)于徑比（L/D）較大、工作轉(zhuǎn)速較高的轉(zhuǎn)子，只做靜平衡還不能滿足轉(zhuǎn)了最終平衡的要求。

剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡一般稱作低速平衡，這并不是由平衡轉(zhuǎn)速高低來(lái)劃分的，而是由剛性轉(zhuǎn)子的定義所決定的。

根據(jù)理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果證明，只有當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于0.4-0.5倍轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子撓曲變形對(duì)其平衡的影響才可以忽略，根據(jù)這一原則，任何轉(zhuǎn)子只要低于一定的轉(zhuǎn)速，就可稱作剛性轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)。所以從剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子平衡區(qū)別來(lái)說(shuō)，剛性轉(zhuǎn)子平衡和低速平衡含義相同，因此國(guó)外將剛性轉(zhuǎn)子平衡直接稱作低速平衡，就汽輪發(fā)電水泵轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，其一階臨界轉(zhuǎn)速為900-2000r/min，當(dāng)轉(zhuǎn)子平衡轉(zhuǎn)速低于400-1000r/min時(shí)，都可稱作低速平衡。

剛性轉(zhuǎn)子平衡硬論是假定轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)下不發(fā)生撓曲變形，因此轉(zhuǎn)子本體內(nèi)復(fù)雜的不平衡分布所的生的復(fù)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(zhuǎn)子兩個(gè)端面上，因此剛性轉(zhuǎn)子的平衡只要通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子兩個(gè)端面上重大小和方向，即可使整個(gè)轉(zhuǎn)子從啟動(dòng)到工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)達(dá)到平衡要求。之所以要選取轉(zhuǎn)子兩個(gè)端面加重，主要是以下兩個(gè)原因：一是加減重量的方便；二是在一定的加重?cái)?shù)值下，可以獲得較大的二階平衡效應(yīng)。

3.總結(jié)

本文著重分析了造成給水泵軸承振動(dòng)的原因的主要影響因素，并提出預(yù)防措施。針對(duì)發(fā)電廠給水泵軸承振動(dòng)進(jìn)行研究分析，利用機(jī)組停運(yùn)期間進(jìn)行拆檢分析原因，應(yīng)用排除法逐一排除后確認(rèn)可能的原因，并在機(jī)組正常運(yùn)行中有針對(duì)性的進(jìn)行試驗(yàn)分析，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)分析后，最終得出水泵動(dòng)平衡不合格造成軸承振動(dòng)的結(jié)論。通過(guò)分析處理后，效果良好，水泵運(yùn)行穩(wěn)定可靠，提高了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。也大大提高了檢修人員對(duì)機(jī)組設(shè)備的熟悉程度，對(duì)指導(dǎo)分析機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到了很大的作用，同時(shí)提高了檢修人員參與設(shè)備改造分析的積極性。

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