立式循环水泵振动大的故障分析

李 峻，王燕山

（中国能源建设集团山西省电力建设四公司，山西 太原 030001）

0 引言

印度尼西亚南望2×300 MW燃煤电厂（以下简称“南望电厂”）工程共安装4台立式循环水泵，分别为10A、10B、20A、20B。由于在安装、调试、运行中存在不同程度的质量缺陷和问题，致使水泵运行5个月后振动增大，发生泵体碎裂的严重事故。

1 循环水系统概述

南望电厂循环水系统采用扩大单元制海水直流供水方式，每台机组设置2台立式循环水泵，4台循环水泵集中布置在1座循环水泵房内，循环水泵及液控止回蝶阀安装在封闭的泵房内，检修钢闸门、移动式耙草清污机、旋转滤网及冲洗设施露天布置。每台机组设置1根DN 3 200 mm的压力给水母管和1条2 500 mm×2 500 mm的压力排水沟，在压力给水母管和压力排水沟均匀布置检修人孔及排空装置。

2 循环水泵安装运行情况

2.1 循环水泵安装情况

循环水泵底座、电机基础板的预埋和安装是在机械工程师、土建工程师和设备厂家驻现场工程师的共同指导下完成的。水泵底座中心线偏差不大于3 mm，标高偏差不大于5 mm，底座水平度不大于0.05 mm/m后进行二次浇灌，然后用吊重锤测量的方法测量泵筒的垂直度，采用加钢垫片的方法调整，但安装中没有测量比较水泵转子的轴头水平与基础板水平度是否一致；电机基础板中心线偏差不大于1.5 mm，标高偏差不大于1 mm，基础板水平度偏差不大于0.1 mm/m后进行二次浇灌，电机整体运输到电厂，安装时仅测量了联轴器的外圆及张口值，通过在基础板上加钢垫片的方法进行调整，但没有测量电机的轴头水平度。

为了观测水泵运行时的振动情况，在泵轴上部安装有三个方向的振动测点，设定振动值70μm报警，125μm停泵。

2.2 循环水泵运行情况及工作现状

20A循环水泵安装投运约5个月后发现振动比较大，解体检查后发现水泵的赛龙轴承损坏，为了不影响水泵试运行，电厂将10B水泵的泵轴及叶轮挪用至20A水泵，回装后20A水泵运行情况良好。

20B循环水泵2009年1月份投入试运行，2010年5月18日12点25分电机电流在157～181 A之间波动，水泵振动值从110μm逐渐升高到200μm，水泵的出口压力下降至0 MPa，运行27 min后停泵，检查发现盘根密封处螺栓松动，将松动的螺栓重新紧固后于5月24日再次启动，水泵的出口压力仍然为0MPa，振动值为167μm，电机电流为165 A，电机运行不正常，随即停泵检查。在拆卸联轴器时发现水泵的泵轴下落约30 mm且还在继续下降，通知厂家驻现场工程师指导处理，解体后发现水泵的导流体及其上部连接段已经爆裂破碎，叶轮也出现缺口，损坏比较严重。为了不影响试运行，将10A水泵的叶轮及泵体挪至20B水泵，水泵检修完毕重新启动试运行时振动仍然比较大，随即停运检修。拆卸水泵叶轮后，南望电厂要求对水泵转子进行动平衡试验，并在印度尼西亚泗水进行了动平衡试验，第一次动平衡试验结果不合格，修正叶轮平衡合格后再次回装至20B水泵，根据厂家提供的加固方案分别在水泵的吸入喇叭口、泵体出水段的三个方向增设了支撑拉杆，同时在水泵泵体的出水管段上部加装了X/Y/Z三个方向的振动测点，水泵投运后运行情况良好，振动值为20μm，最大值为40μm，运行人员定期观测其振动及温度都满足设计要求。

10A循环水泵安装的是维修更换后的20B水泵的叶轮及泵体配件，投运后运行情况良好，调试人员定期观测其振动及温度都满足设计要求。

10B循环水泵刚安装试运行，且水泵吸入喇叭口没有装设支撑拉杆前的最大振动值为70μm，运行一段时间后发生叶轮罩母松动掉落的故障，拆卸后检查发现水泵的导流体导叶片和出口管段法兰附近均出现裂纹。

3 循环水泵运行振动原因分析

3.1 设计方面

在循环水管道穿墙处一般要设计管道套管，查阅电厂设计文件，发现本工程在管道穿墙处没有设计套管，并且水泵出口与管道连接处也没有设计伸缩节。由于此时安装管道套管非常困难，所以试运行时在水泵出口与管道连接处增加了伸缩节，防止管道推力传递到泵体，起到了一定的减振作用。

3.2 电机本体安装方面

在电机安装过程中测量电机联轴器处的摆度为0.21 mm，此摆度值远大于规范要求（电力建设安装规范要求电机轴在联轴器处测得的相对摆度值为：电机转速在250 r/min以下为0.03 mm；电机转速在250～600 r/min为0.02 mm［1］）。另外，电机安装时仅测量了联轴器的外圆及张口值，并通过加薄钢垫片的方法调整到合格范围，没有按照厂家要求测量电机水平度并调整在0.02 mm/m范围内。

3.3 水泵本体安装方面

水泵本体方面引起振动的原因主要包括：转动部件质量不平衡；水泵零部件的机械强度及刚度较差；轴承及密封部件的磨损；水泵轴弯曲；泵组轴线不对中；联轴器晃度值超过允许值；水泵安装质量差，结合面接触不良，安装精度低；水泵转速与固有频率一致等。

a）根据现场情况检查，安装中仅对1台水泵（20B泵） 进行了转子动平衡试验，检查结果不合格，经修正并重新安装后运行状况良好，说明设备存在转动部件质量不平衡的情况，因此，建议对剩余的3台水泵全部进行动平衡试验，消除隐患。

b）根据现场安装人员介绍，发现本工程水泵泵体和电机的水平度与垂直度找正方法上存在缺陷，安装过程中仅对水泵的垂直度进行了测量，没有进行水泵联轴器法兰平面水平度的检查（验收规范要求不大于0.05 mm/m［2］）。另外，在循环水管道安装过程中，水管接口没有和泵体自由对口施焊，导致管道法兰与水泵泵体法兰之间有2 mm的间隙，法兰紧固时可能使泵体受到外力而拉斜，不能保证水泵的垂直度。

c）水泵泵体部分连接螺栓等紧固件多次出现松动，说明在安装过程中紧固件施工质量差，没有做好防松动措施。

3.4 电仪安装与设计

测振传感器接线安装中出现了水平方向安装到垂直方向，垂直方向安装到水平方向的严重错误。另外，建议增加泵组振动、电机电流、水泵出口压力报警保护。

3.5 水力方面

a）水泵进口流速及压力分布不均匀，存在压力脉动、偏流等现象。根据现场情况调查了解，泵体喇叭口上的导叶与水泵出口方向不一致，会造成液体扰流漩涡汽蚀而引起振动。

b）非正常工况容易引起汽蚀，如水泵启停、出口阀门启闭、工况改变及事故停泵等造成管道内压变化会引起水锤。如果进水流道及流道导流体的设计、施工与设备厂家要求不一致，或者水泵吸入喇叭口淹没深度不当，都将造成水泵吸入口进水条件恶化、出现漩涡、诱发汽蚀而引起泵体振动。

3.6 调试方面

a）水泵出口管道设计有两阶段液控止回蝶阀和进、排气装置，如果不按厂家和系统要求进行调试，水泵出口两阶段液控止回蝶阀的开启、关闭时间和开度设定不合理，就不能有效地防止水泵启停时水锤的发生，会对水泵产生振动，造成损坏。

b）测振传感器接线错误，调试检查过程中也没有认真核对，导致振动测量值偏离了监测范围。

3.7 运行方面

a）循环水泵电机在与水泵连接前虽然进行了单体试运行，但没有进行电机振动值的测量检查，电机振动是否合格不清楚；另电机运行时如果定子与转子的磁力中心未对正或径向气隙差超过允许值，均会造成磁力不平衡，电机轴的弯曲度超标也会引起电机的振动超标，因此应对电机进行单体试运行，了解电机的运行性能。

b）根据20B循环水泵试运行中出现的问题以及现场的情况了解，没有及时进行水泵振动、温度等就地测量，对异常情况及时分析处理是造成本次事故的主要原因。南望电厂在循环水泵日常运行的监控上不太规范，对运行中的循环水泵没有定时巡检记录，不能及时记录每台水泵的运行状况。

4 解决循环水泵运行振动的有关措施

4.1 对现有加固措施的建议

a）在水泵吸入喇叭口三个方向装设支撑杆，此措施能有效防止泵体的振动，增加泵体的整体刚性。根据支撑杆设计安装的位置及形式，安装支撑杆后，在保证不影响泵体水平、垂直度及对中的情况下，对增强泵组的稳定性是有益的。

b）在水泵出水口管段三个方向装设支撑，此措施已制定，但目前实际运行中没有采用，分析本工程水泵的结构，电机与水泵为两层混凝土基础，所以在泵体与电机中间设置支撑可以提高其承受水泵出水反作用力及管道推力的能力，对防止泵体的振动有较好的作用。同样，根据支撑的设置位置及形式，认为在支撑杆安装过程中保证不影响泵体水平、垂直度及对中的情况下，对增强泵组的稳定性是有益的。

4.2 对解决循环水泵运行振动的建议

a）对循环水泵电机进行单体试运行，测试电机本体的振动值是否满足要求。如果不合格要进行分析处理。

b）检验水泵叶轮动平衡、轴的弯曲度是否满足要求。

c）对水泵及电机基础施工质量进行检查，基础板二次浇灌是否密实、地脚螺栓有无松动、基础是否发生不均匀沉降。

d）检查水泵及电机整体水平度与垂直度，泵体的水平度与垂直度和电机的水平度与垂直度是否一致，泵组轴线是否对中，电机摆度是否超过允许值，联轴器连接之后晃度是否超过允许值。

e）检查泵体螺栓紧固件的施工质量，是否涂抹防松动剂或对紧固完的螺栓进行了点焊。

f）检查流道导流体设计、施工是否符合厂家要求。

g）检查水泵出口伸缩节选型是否正确，安装是否正确，是否能起到传力伸缩作用。

h）检查泵体排空气装置是否处于正常工作状态。

i）检查循环水系统中是否在最高处设置有排空气阀，检查阀门工作良好并在启动时进行排空气。

j）检查水泵出口管道两阶段液控止回蝶阀启闭过程、时间设定是否满足设计要求。

k）加强对循环水泵运行的日常监控检测，建立水泵运行定期巡检制度，指定专人定时记录每台水泵的工作状况，发现异常问题及时分析处理，防止水泵带病运行。

4.3 循环水泵安装及检修注意事项

对10B水泵设备到达现场后进行安装、或其他水泵检修时，注意以下几点是非常重要的。

a）检查叶轮罩母固定螺栓是否可靠固定，要求用不锈钢焊条点焊。

b）检查水泵导叶与水泵出口方向应该一致。

c）检查导流体与泵壳接触应良好均匀。

d）检查水泵叶轮室的防转装置要与水泵下壳体防转装置顺时针方向相交。

e）检查轴承套管要与泵筒接触良好。

f）检查转子摆度应符合规范要求。泵组转子摆度测量分为电机单独摆度和泵组连接摆度两个部分。首先测量电机转子单独摆度应不大于0.02 mm/m，当摆度超过允许值时，一般用刮削绝缘垫厚度的方法进行调整；电机单独摆度合格后，连接机组靠背轮法兰，测量调整泵组转子摆度不大于0.02 mm/m［3］。

g）检查连接后联轴器的晃度应不超过0.03 mm，在使用磁性表座测量数据时支架生根要稳固，表座离被测点越近数据越准确。

4.4 关于立式循环水泵赛龙轴承磨损问题的处理建议

a）赛龙轴承与泵轴之间的间隙只有0.34～0.47 mm，要求润滑冷却水采用过滤合格的海水，并要有足够的流量和压力才能保证轴承与泵轴之间形成水膜，起到润滑与冷却作用。厂家对水泵轴承冷却润滑水的要求为：过滤后的海水，每台水泵流量为3 m3/h，压力为0.3 MPa，当压力小于0.27 MPa时报警。南望电厂目前水泵轴承润滑冷却水的进口压力表显示为0.18～0.19 MPa，不能满足设计要求。

b）除保证泵轴垂直度外还得检查水泵轴头的水平度在0.02 mm/m范围内，必须保证水泵轴置于轴承中心位置，防止泵轴偏心造成轴承的磨损。

c）运行期间的振动监测工作很重要，如果出现振动超标，可能是轴承与泵轴之间间隙扩大，可以在检修期间测量泵轴与轴承之间的间隙，若发现轴承与轴配合间隙扩大，必须尽早更换合格的轴承，否则可能使泵轴不在轴承中心直线运转，发生转动部件与静子部件摩擦。

5 结束语

印度尼西亚南望2×300 MW燃煤电厂循环水泵故障并损坏，主要原因是没有控制好水泵安装过程中的质量监督；另外对运行中的水泵没有进行定期巡检并记录水泵的运行状态，及时掌握设备异常并采取有效的处理措施是造成设备损坏的重要因素。在立式水泵安装、检修中必须做好水泵、电机垂直度、水平度以及联轴器中心的检查调整，检查电机与水泵转子连接后的整体摆度应符合规范要求，同时保证所有连接件的可靠紧固并做好防松措施；水泵管道与水泵连接时必须自由对口，管道穿墙应设计管道套管和伸缩补偿段；水泵运行中应做好振动、温度、压力等参数以及赛龙轴承的定期监测，发现异常及时分析解决，防止故障扩大造成严重后果。

［1］ 赵祝人，徐云泉，余晓明，等.电力建设施工技术规范第3部分.汽轮发电机组［M］.北京：中国电力出版社，2012：156-167.

［2］ 鲁焕浩，俞杏梅，王伟民，等.电力建设施工质量验收及评价规程第3部分 汽轮发电机组［M］.北京：中国电力出版社，2009：158-163.

［3］ 康德.汽轮机设备安装工艺学［M］.北京：水利电力出版社，1993：232-238.