精密點檢在循環水泵故障診斷中的應用

徐　升

(浙江大唐烏沙山發電有限責任公司，浙江 寧波 315722)

0　概　述

精密點檢是指用標準檢測儀器、儀表，對設備進行綜合性測試或檢查。在被檢設備未解體狀態下，采用特殊儀器、工具或其他特殊方法，測定設備的振動、溫度、裂紋、變形、絕緣等狀態量，將所測數據，對照該設備的歷史運行數據進行比較和分析，以確定被檢設備的運行狀態。

開展以振動頻譜分析為重點的分析工作，是輔機設備精密點檢的重要組成部分。針對某循環水泵多次出現振幅嚴重超標、泵內有異常噪聲等問題，對循環水泵的振動進行了測量和分析，得到了該水泵的實際劣化頻率，并通過劣化傾向管理，對水泵的振動進行了跟蹤分析，從而獲得水泵的劣化趨勢和規律。進一步分析了水泵的劣化原因后，通過改進設備的檢修工藝，提高了循環水泵運行的可靠性。

1　循環水泵的布置及檢修

在某4×600 MW超臨界機組的開式冷卻系統中，冷卻介質為海水。系統中有8臺循環水泵，為立式、單級單吸、轉子可抽出式斜流水泵，水泵為單支座布置。水泵和電機之間采用剛性聯軸器連接。循環水泵的軸較長，設有4個水潤滑非金屬軸承，分別位于導葉體、軸承支架及填料函體的軸座上，軸承的標準間隙，為0.30～0.55 mm。軸承位置的布置，如圖1所示。在循環水泵的泵座上， 設置有3個振速探頭，報警值分別設為0.5 mm/s、1.0 mm/s。

圖1循環水泵軸系的導軸承布置

在開式循環系統中，冷卻介質為海水。循環水泵吸入口處的壓頭，隨海水潮位的高低而變化，因此，導致循環水泵的電流也相應變化，變化幅度為10～15A。潮位變化對循環水泵電流的影響，如圖2所示。

圖2潮位變化對循環水泵電流的影響

2　循環水泵故障的原因

2.1　導軸承脫落及軸套偏磨

對照近8年的水泵故障檢修記錄，均能發現，每當泵座的振速超過1.0 mm/s，且水泵電機軸承的振幅達到150 um時，水泵都會發生故障。將水泵解體后，可發現導軸承、軸套存在嚴重的磨損情況，而且，還存在水泵導葉體處的導軸承脫落，導軸承支架b處的軸套偏磨嚴重等情況。軸套偏磨的角度，為同一角度。水泵軸套的偏磨狀態，如圖3所示。

圖3　水泵軸套的偏磨狀態

造成軸套偏磨及導軸承脫落的主要原因，是安裝泵體的同心度不佳。在泵軸的運行過程中，泵軸套及導軸承的受力，為單側受力。隨著運行時間的推移，軸套與導軸承之間的配合間隙因磨損而不斷增加，從而引發了水泵振動。在磨損加劇的同時，摩擦阻力也在不斷增加，使導軸承等聯接螺栓被振松或脫落，甚至被直接剪斷，造成了比較嚴重的后果。

2.2　葉輪被腐蝕且有裂紋

循環水泵葉輪的材質，為國產合金鑄鋼件。循環水泵葉輪采用耐酸不銹鋼整體鑄造成形，由于鑄件的晶粒粗大，組織較為疏松，材料中常含有氣孔和夾雜。材料中細小的鑄造氣孔，如圖4所示。海水的腐蝕性強，特別是海水中攜帶了有害的Cl-離子，在不銹鋼葉片表面或在葉輪的薄弱部位形成了點狀腐蝕。另外，因葉輪表面存在銹蝕和鹽垢，當吸收水分后，成為電解質，又對葉輪造成了電化腐蝕。當腐蝕的程度不斷加深后，容易在材料上形成疲勞裂紋的源點，最終將在葉輪表面上產生微裂紋。當微裂紋經過海水的長期沖刷，進一步擴展為宏觀裂紋。在運行中，葉輪承受多重受力，包括水流沖擊力形成的彎曲應力、葉輪旋轉產生的拉應力及水流產生的激振力。由于應力的存在，將導致葉片的斷裂。

圖4材料斷面上的細小鑄造氣孔

3　精密點檢的內涵

開展精密點檢工作的重點，是測定設備的振動、溫度、裂紋、變形、絕緣等狀態量，將狀態量對照標準和歷史記錄進行分析和比較，以判別設備的運行狀態。通過對設備的運行管理，尋找設備運行趨勢和規律，得到合理的設備運行參考值，實行預知檢修，從而將設備故障消除在萌芽狀態，提高了設備的可靠性，降低了設備的維修頻次。消除設備故障的最佳周期，如圖5所示。

圖5　消除設備故障的最佳周期

4　精密點檢及應用實例

為確保循環水泵較長周期的正常運行，需合理安排設備檢修的周期。針對循泵振動的劣化過程進行分析，才能找到循環水泵劣化的根源。在循泵運行過程中，監測振動的數值為矢量疊加量，同樣，振動數值也反映了循泵內部的運行狀態。根據精密點檢的要求，采集了6臺循環水泵的振動頻譜數據。6臺循泵的特征振動頻譜，如表1所示。

表1機組循環水泵的特征振動頻譜

循泵序號測量時間數值/(mm·s-1)特征頻譜值/(mm·s-1)25Hz20Hz82.5Hz87.5Hz7.5Hz1A循泵10:150.30.070.150.14//1B循泵10:160.20.15////2A循泵10:170.30.220.07///3A循泵10:180.40.19///0.073B循泵10:180.60.450.19/0.13/4A循泵10:190.40.42/0.080.100.08

由表1數據可知，3B循泵的振動值較大，已超過報警值0.5 mm/s，其中，1B泵座的振動幅度最小，且無雜項分量，運行最為穩定。

該廠循泵的設計轉速370 r/min，在工頻運行時，頻率約為6.1 Hz。循泵的葉輪有4個葉片，25 Hz時的頻譜分量為4倍頻，在該頻率，6臺循泵均存在振動分量。在6臺循泵中，有2臺水泵(3B、4A)的4倍頻分量較大，循泵受到進水的沖擊力較大，使循泵吸入喇叭口的導流體受到沖擊，因此造成了水泵零件的磨損。有時，葉輪的動不平衡不佳，也會導致零件的磨損。所以，如發現25 Hz的倍頻分量較大，就需要核查循泵葉輪的動平衡狀態，同時，檢查循泵吸入喇叭口處導流體零件的磨損情況。根據表1數據，在20 Hz、82.5 Hz、87.5 Hz、7.5 Hz時，可發現水泵振幅中存在著雜項分量。

4.1　電機軸承振幅及分析

在2013年11月，經該月的監測發現，4A循泵的振動速度為1.0 mm/s，已達報警值。同時，發現20 Hz的分量有突增，其他高頻分量也有略增的情況，振幅的變化趨勢，如圖6所示。停運4A循泵進行檢修，發現發生故障的主要原因，是葉輪有裂紋和導軸承的偏磨，葉輪存在較大的質量不平衡。因此，重新對葉輪進行動平衡試驗，在葉輪某側增加重量，約2 500 g。

圖6 4A循泵電機上軸承20 Hz振動分量變化情況

4.2　泵座水流方向上的振速

在2014年3月，發現3A循泵的振動較大，電機軸承的振幅，已達200 um。停泵進行檢修，發現3A循泵的振動，主要發生在水流的進出口方向上，振幅隨時間的推移逐漸增大。為此，定期采集了3A循泵的振動數據。3A循泵的振動頻譜，如表2所示。

表23A循泵的振動頻譜

測量時間數值/(mm·s-1)特征頻譜值/(mm·s-1)25Hz20Hz82.5Hz7.5Hz13.10.300.40.19//0.0713.11.040.50.270.290.320.2113.11.150.60.380.37/0.1313.11.270.80.270.530.27/13.12.101.00.390.54//13.12.301.00.180.720.66/14.01.081.00.280.71//14.03.041.90.451.75/0.39

由表2數據可知，當振幅值達報警值時，振動的頻率集中在20 Hz、82.5 Hz等分量的增長上。對3A循泵解體檢查，發現確實存在葉輪裂紋及導軸承偏磨等問題。

4.3　檢修方法及效果

4.3.1外筒體的水平調整

根據3A、4A循泵的檢修情況進行分析，循泵外筒體以及轉子部套的水平偏差較大，進水側較高，約為0.11 mm/m，將進水側與出水側相比，高出了0.22 mm，零件的同心度也較差，折算到導葉體導軸承處軸系中心單側的偏差，約為0.44 mm。在循泵導軸承b處，軸系中心單側的偏差，約為0.23 mm，達到了導軸承間隙的上限。當循泵調整回裝后，開機運轉就會產生偏磨。為此，重新調整循環水泵筒體的水平位置，使循泵外筒體的水平偏差小于0.05 mm/m，然后將外筒體垂直安裝到位。

4.3.2葉輪裂紋的處理

對葉輪進行無損探傷，對已發現的裂紋進行挖補，采用激光冷焊處理，并對葉輪進行高速動平衡檢測，偏差不能超過50 g。

4.3.3按標準安裝

更換或修復導軸承、套筒聯軸器、導軸承支架及泵軸。按標準要求，調整各零件的裝配間隙，同時，做好循泵泵體及轉動件的海水防腐工作。經過檢修，目前，3A、4A循泵泵座的振動速度，均在0.3 mm/s以下，正常運行已近1年，振動數值以及振動頻譜均穩定無變化，確保了循泵長周期的穩定運行。

5　結　語

根據檢修實例可得出結論，從循泵安裝至發生運行劣化，必然伴隨20 Hz振動分量的變化，產生分量變化的根本原因，是葉輪在長期運行中產生了微小裂紋，導致了葉輪質量的不平衡，并引起循泵導軸承處的磨損加劇，各零件的配合間隙變大，進而引起循泵的振幅進一步加大。

在循泵運行過程中，定期采集循泵的振動頻譜，按照精密點檢的分析方法，不斷摸索控制指標及劣化發展的周期，根據分析后數據，制訂合理的循泵檢修周期，提高循泵的可靠性，實現循泵的預期狀態檢修。

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