给水泵组液偶小齿轮推力轴承振动分析

彭 浩

(江苏射阳港发电有限责任公司，江苏 盐城 224345)

1 前言

给水泵组是火力发电厂的主要辅助设备之一，它的任务是：在任何情况下，都应不间断地保证提供锅炉给水。某公司125 MW机组设计为单元制给水系统，2号机甲给水泵组型号为DG480-180，由前置泵、主给水泵、液力偶合器(以下简称“液偶”)、电机组成；主给水泵由电机输出端通过液力偶合器来驱动，并通过液偶实现无级变速功能；各设备间通过齿轮联轴器来传递动力。

给水泵液偶为上海电力修造总厂生产的成套产品，型号为CO46，传动功率为3 200 kW，输入转速为2 985 r/min，输出转速为4 640 r/min，小齿轮(即增速齿轮)的推力轴承与支撑轴承联成一体，即ф100径向推力轴承组；推力轴承分为工作面瓦块和非工作面瓦块两种，各10块；工作面瓦块分布在轴承端盖上，发生振动超标的位置就在端盖上，并且是轴向振动最为明显。

液偶的小齿轮推力轴承及相关部件结构如图1所示。

2 故障情况

(1)推力瓦处轴向振动超标(最大值达0.12 mm)，长期处于紧急备用状态。

(2)电机在空载状态，转子窜动近3 mm，运行不稳定。

推力瓦振动与勺管开度之间的关系曲线如图2所示。

图1 小齿轮推力轴承及相关部件结构

图2 推力瓦振动与勺管开度曲线

3 故障原因分析

针对故障现象，参照设计图纸要求和N125汽轮机组检修工艺规程，并查阅试转检测记录和2号机甲给水泵检修台账，从“人、机、料、法、环”5个角度对液偶小齿轮推力瓦振动超标原因进行分析,列出影响因素如图3所示。

图3 影响液偶小齿轮推力轴承振动超标的相关原因

4 故障原因验证

4.1 排除以下非主要因素

4.1.1 专业培训较少

公司、部门和班组每年制定详细的培训计划并严格执行，且公司职工均经过培训考核合格后上岗，小组成员也经过多次大小修现场培训，因此排除人为因素。

4.1.2 操作仓促

分析发现，勺管开度操作过快对液偶小齿轮的推力瓦块影响较小，勺管调节速率与小齿轮推力轴承的振动无必然联系，现场试验也证实这一情况。

4.1.3 推力盘瓢偏

推力轴承的推力盘是高速旋转的转动部件(4 640 r/min)，转子轴向推力就靠它与瓦块摩擦来平衡，其瓢偏要求较高(≤0.01 mm)，因此该处故障可能性较大，但实际测量检查未发现该处有问题，数据为瓢偏0.005 mm，符合要求。

4.1.4 小齿轮及泵轮动不平衡

当转动部件出现动不平衡时，在运转中会发生振动，并表现为轴承的振动超标，故对该液偶返厂检查并做动平衡实验，但未发现异常。其中最大的小齿轮不平衡重量只为1.67 g，均在标准之内。

4.1.5 端盖刚度不够

经查阅设备资料及与厂家联系确证，并且进行材料检测，端盖刚度符合要求。

4.1.6 轴承端盖紧固螺栓不符标准

推力轴承的紧固螺栓为8只M12×46的六角螺栓，其材料为30CrMnSi，对现场设备材质进行确定，实际符合厂家设计要求。

4.1.7 液偶输出轴转动部件振动

虽然液偶将液力传动力矩传给循环圆中的涡轮，并由齿轮联轴器将力矩最终传递给主给水泵，但如果给水泵故障或涡轮转子故障，出现轴向的冲击力，理论分析可能会由循环圆中的高压油部分传递到小齿轮轴系中，导致小齿轮推力轴承振动偏大，但现场测量在供排油腔处和主给水泵各处轴承未发现明显异常，并在供排油腔解体大修和主泵芯包大修中也未发现明显导致振动的故障。

4.1.8 大小齿轮啮合不良

根据公司大修测量结果，各方面数据均在标准范围内，接触面积大于75 %，测量啮合间隙为0.23 mm，均符合要求。

4.1.9 瓦块高度调整不当

推力轴承中的各瓦块高度偏差非常重要(特别是工作面)，偏差过大会导致部分瓦块负载过大，轴承振动随之增大，并出现轴承温度升高。经红丹粉和标准平板研磨后进行瓦块接触面检查，情况良好，测量高度误差均在0.01 mm以内，符合标准。

4.1.10 瓦块乌金面受损

各推力瓦块乌金面检查，确定无脱胎、磨损、剥落痕迹，推力瓦块油楔修整长度和角度，对轴瓦的稳定运行有很大关系，但测量未发现异常。

4.1.11 润滑油质不合格

当油中进水或出现大量杂质时，润滑油的润滑效果遭到破坏，轴承会出现温度升高、振动偏大；根据取样化验结果，润滑油质不合格率极低，且定期对给泵进行滤油，排除油质问题导致振动超标。

4.2 确定振动超标的主要因素

4.2.1 推力间隙不当

推力轴承的传动间隙是保持小齿轮(泵轮)转子的轴向位置，并且承受泵轮运转形成的轴向推力，标准规定轴向窜动间隙为间隙过小时，摩擦力加大，轴承易发热损坏；间隙过大时，无法稳定承受泵轮产生的轴向推力。

4.2.2 电机转子窜动大

2号机小修后，电机转子在勺管0 %时出现明显窜动，当勺管开启时，电机转子窜动消除。分析原因可能是当勺管在0 %时电机与液偶间联轴器几乎无扭矩传递，当勺管开启时联轴器传递扭矩，联轴器内齿轮和外齿轮紧紧啮合，这时由小齿轮的推力瓦稳定电机轴运行，窜动消除。

4.2.3 给水泵组轴系出现扬度偏差

轴系扬度超标导致电机转子和液偶转动部件新增一重力分力，导致液偶转动部件和电机转子运行不稳定，并由联轴器通过人字齿传递给小齿轮，这些扰动力最终由小齿轮推力瓦承受。

4.2.4 基础不稳固

现场检查发现液偶基础的二次灌浆不实，液偶基础刚度不够，设备稳固减弱，有可能出现共振现象，最终导致轴承振动偏大。

4.2.5 电机与液偶联轴器安装位置有误

联轴器的结构是齿轮联轴器，属于挠性联轴器，通过齿轮体和外齿套啮合传递扭矩，理论上分析几乎无轴向力矩传递，但当齿轮体在内齿套的预留轴向间隙偏小时，电机转子运动时就会将轴向力矩传递给液偶，如图4所示。

图4 联轴器内齿套及电机轴承的轴向间隙

当L2

5 制定对策并实施

5.1 调整小齿轮推力轴承间隙

(1)将液偶大盖揭开，吊离大齿轮；解体循环圆，吊离供排油腔和涡轮转子，使小齿轮完全处于自由状态，以确保测量数据准确。

(2)实测推力间隙为0.19 mm，调整端盖垫片至间隙为0.24 mm,恢复正常。

5.2 降低电机转子窜动量

将电机与前置泵、液偶的联轴器脱开，使电机处于自由状态，测量转子窜动量。

测得电机窜动量约3 mm；远大于要求的0.50 mm。调整电机磁场中心，先后3次将电机定子向南平移共3.50 mm，调整电机气隙至标准范围，空转电机转子窜动量0.10～0.20 mm。

5.3 消除给水泵组轴系扬度偏差

测量液偶法兰中分面轴向最大扬度为南扬(前置泵方向高)1.00 mm/m，计算出液偶南侧地脚垫高3 mm，北侧垫高3.80 mm。

调整后液偶轴向扬度最大0.03 mm/m；调整后的电机与前置泵的中心开口最大0.03 mm，圆周最大0.03 mm，电机与液偶中心开口最大数值为0.025 mm，主泵与液偶开口最大0.015 mm，均符合设计要求。

5.4 调整电机与液偶联轴器安装间隙

测量联轴器外齿套护板与联轴器齿轮体间的预留间隙为0.03 mm，偏小。将液偶联轴器齿轮体从大齿轮轴上脱出0.50 mm；调整后实际测量预留间隙0.48 mm，恢复正常。

5.5 基础加固

吊离液偶，检查液偶地脚垫铁均匀分布，无松动现象。测量液偶二次灌浆南北2条地脚内侧落空大约100 mm，用混凝土重新填充在地脚落空处，增强液偶基础的稳固性。

6 处理效果

2号机甲给水泵组启动运行后，对给泵液偶小齿轮推力轴承振动进行了测量，并跟踪监视。统计结果，振动平均值在0.065 mm以内，其中最大峰值未超过0.069 mm，取得了预期效果。