汽動給水泵軸振大原因分析及對策

郭宇烽

摘 要：某電廠在機組停運期間對一臺汽動給水泵芯包進行了更換，重新投運給水泵時，其4號軸瓦處軸振異常增大導致出力受限，發電機組無法滿負荷運行。基于對設備結構的了解及對故障現象的深入分析，技術人員對軸振增大的原因給出了準確的判斷并安排設備返廠修復。本文著重對上述故障的異常現象、原因分析及檢修等過程進行了詳細的介紹。

關鍵詞：汽動給水泵;異常振動;質量不平衡

引言

汽動給水泵芯包作為整體部件，一般情況下由于部件本身原因導致泵組異常運行的可能性較小。本次異常事件的發生，提醒我們對于重要的轉動輔機，根據其運行工況、運行時間進行軸系支撐系統及動靜結合面處的預防性檢查是十分必要的。希望對這一異常事件的分析診斷過程能為其他電廠處理此類問題或進行設備維護保養提供有益的經驗參考。針對汽動給水泵轉子質量不平衡的形成原因、振動機理和振動特點進行了詳細的分析和介紹，以某600MW超臨界機組汽動給水泵在運行過程中出現的異常振動過程進行分析和研究，指出轉動部件脫落是導致該汽動給水泵異常振動的主要原因，成功解決了汽動給水泵異常振動問題。

1汽動給水泵設備簡介

某電廠鍋爐補水采用汽動給水泵。給水泵型式為臥式、離心、多級筒體式，由筒體及芯包兩個主要部件組成。其中筒體支承在型鋼結構的泵座上，與給水管路采用焊接連接方式，筒體上有一中間抽頭口以提供再熱器減溫水;芯包位于筒體內，與筒體一起構成泵的主壓力邊界，通過聯軸器連接與小汽輪機，可以整體從泵筒體內抽出。芯包由泵軸、葉輪及導葉、平衡鼓、徑向軸承、推力軸承、軸端密封等組成。

2轉子質量不平衡產生原因、振動機理及振動特點

2.1轉子質量不平衡產生成因

轉子質量不平衡是由于轉子部件質量偏心或轉子部件出現缺損造成的故障。造成轉子不平衡的具體原因很多，按發生不平衡的過程可分為原始不平衡、突發性不平衡和漸發性不平衡3種情況。（1）原始質量不平衡。轉子在設計、加工及裝配過程中出現偏差或轉子材質不均勻等造成的轉子各方向質量分布不均勻，如轉動部件在出廠時動平衡沒有達到平衡精度要求、對輪安裝不當或檢修時更換零部件后動平衡不合格，它是設備自身存在的質量不平衡。其特點是：原始不平衡在首次啟動就會顯現出來，在一定轉速下振動特征穩定，振幅和相位受設備運行參數影響不大，與升速或設備出力沒有直接聯系，在未對轉子進行處理前，振動數據重復性好。（2）突發性質量不平衡。轉子在運行過程中，由于零部件松動、葉輪流道有異物附著、卡塞等造成轉動部件瞬間出現質量分布不均勻，具有突發性和隨機性。給水泵轉動部件選用的材料性能較差、設計結構強度不足、加工工藝粗糙、轉動零件安裝緊力不足、運行參數大幅偏離額定值、運行介質中存在雜物等原因，導致轉動部件存在應力過大、裂紋等各種各樣的問題，最終導致轉動零件脫落、卡澀等。突發振動具有在數秒內某一瓦振動或周振為主振動迅速增大到一個固定值，相位同時也出現一個固定的變化，相鄰軸承振動也會增大，但變化的數值不及前者大。（3）漸發性質量不平衡。由于介質清潔度較差，含有部分雜質，雜質在轉子上不均勻結垢，或介質中雜質對葉片及葉輪的不均勻磨損、磨蝕等因素造成的轉子質量不平衡。主要包括：轉動部件的磨損、轉動部件異物附著、轉動部件腐蝕等。其主要特點是：工頻振動隨時間變化，隨著設備運行時間的加長，振幅緩慢增大，相位也隨之緩慢變化。

2.2轉子質量不平衡振動的特點

（1）轉子質量不平衡引起的振動是轉子頻率的一倍頻，當故障僅限于不平衡故障時，一倍頻率的振動幅值通常大于或等于振動總量幅值的80%。若除不平衡之外還有其它故障時，一倍頻率的振動幅值可能僅為振動總量幅值的5%～80%。（2）當轉子轉速低于轉子第一階臨界轉速時，振動幅值隨轉速升高而增大;當轉速大于臨界轉速后，振幅隨轉速增大而減小，并趨向一個較小的穩定值。當轉速接近臨界轉速時，將產生共振，此時振幅將有最大峰值。（3）轉子軸心軌跡為橢圓。當轉速一定時，不平衡產生的連續變化旋轉力始終作用在徑向方向上，但由于軸承的垂直方向剛度比水平方向剛度大，所以通常振動響應是一定程度的橢圓軌跡，且水平方向振動大于垂直方向振動，一般范圍在2～3倍左右。（4）當轉子質量不平衡故障為主要振動原因時，軸承上水平方向與垂直方向振動相位差約為90°±30°。（5）轉子質量不平衡通常在徑向方向呈現穩定的、可重復的振動相位。工作轉速一定時，振動相位穩定，基本不變，振動的強烈程度對工作轉速的變化很敏感。（6）當不平衡振動是由部件脫落引起時，振動的相位會發生突變。相位的變動能夠清晰的反應轉動部件是否出現部件脫落。轉動部件脫落后，部件在外界力的作用下可能會發生位移的變化，并伴有異常聲響。

3給水泵解體檢查及修復情況

故障芯包返廠后，經解體檢查，發現其主要存在3個方面的缺陷：平衡鼓發生偏磨，這是造成振動大的直接原因;4號徑向軸瓦檢查發現橢圓，對軸瓦油膜建立存在影響;軸承支架檢查發現變形。以上是造成振動的主要原因。平衡鼓偏磨、徑向軸瓦橢圓是由于支架變形情況下機組運行發生磨損，支架變形是由于芯包投運時間長發生了偏移。針對上述問題，解體檢修采取了以下幾方面措施：1）按產品說明書中的解體步驟及檢修規范對給水泵進行完全解體，所有零件清理干凈，并逐件認真檢查，復檢關鍵配合面、密封面尺寸公差。2）主軸修復：全軸校跳動最大值小于0.02mm，擦白、著色探傷、磁粉探傷、復檢主軸各檔軸徑公差尺寸。3）葉輪清洗清理。4）徑向軸瓦維修：更換新件。5）平衡鼓維修：拋光外表面。6）機械密封整修。7）更換所有密封件的常規易損件。8）復裝并進行動平衡檢測調校。在完成解體修復工作后，芯包運返電廠，并在1號機組檢修期間回裝至1號機組B汽動給水泵，設備運行良好，各項參數正常，缺陷確認消除。結合事件發生時的異常現象及解體檢查發現的缺陷，對整個異常事件的梳理過程簡述如下：1）支架變形導致平衡鼓偏磨、徑向軸瓦橢圓。2）受平衡鼓輕微損傷及潤滑油節流孔板未拆除兩個因素影響，推力瓦內外側瓦溫不正常升高，潤滑油壓高。3）汽動給水泵轉速進一步提高，使平衡鼓磨損加劇，同時受4號軸瓦橢圓及油溫小幅降低影響，油膜建立不正常，導致X和Y方向軸振突增。4）節流孔板拆除后，潤滑油流節流阻力減小，潤滑油壓大幅度降低，但平衡鼓的缺陷無法消除，軸振無好轉。5）更換芯包，其平衡鼓正常運行，推力瓦受到的軸向推力在正常范圍，內外側瓦溫回歸正常，4號瓦處油膜建立正常，軸瓦振動正常，油壓正常。

結語

給水泵轉子質量不平衡是導致給水泵振動異常的主要因素，認識和掌握轉子質量不平衡產生的振動原因、振動機理及振動特點，有助于從復雜的振動現象中發現潛在的問題并加以處理。

參考文獻：

[1]施維新.轉子大不平衡振動的研究[J].汽輪機技術，2010，52（1）：51-56.

[2]彭遠囑，龔春雷.鍋爐給水泵平衡鼓磨損的原因分析及改進措施[J].廣州化工，2014，42（5）：112-114.

[3]何文強，田永偉，楊建剛.滑動軸承軸頸溫度分布及其對振動的影響[J].動力工程學報，2015，35（6）：451-456.