精密点检在循环水泵故障诊断中的应用

徐　升

(浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江 宁波 315722)

0　概　述

精密点检是指用标准检测仪器、仪表，对设备进行综合性测试或检查。在被检设备未解体状态下，采用特殊仪器、工具或其他特殊方法，测定设备的振动、温度、裂纹、变形、绝缘等状态量，将所测数据，对照该设备的历史运行数据进行比较和分析，以确定被检设备的运行状态。

开展以振动频谱分析为重点的分析工作，是辅机设备精密点检的重要组成部分。针对某循环水泵多次出现振幅严重超标、泵内有异常噪声等问题，对循环水泵的振动进行了测量和分析，得到了该水泵的实际劣化频率，并通过劣化倾向管理，对水泵的振动进行了跟踪分析，从而获得水泵的劣化趋势和规律。进一步分析了水泵的劣化原因后，通过改进设备的检修工艺，提高了循环水泵运行的可靠性。

1　循环水泵的布置及检修

在某4×600 MW超临界机组的开式冷却系统中，冷却介质为海水。系统中有8台循环水泵，为立式、单级单吸、转子可抽出式斜流水泵，水泵为单支座布置。水泵和电机之间采用刚性联轴器连接。循环水泵的轴较长，设有4个水润滑非金属轴承，分别位于导叶体、轴承支架及填料函体的轴座上，轴承的标准间隙，为0.30～0.55 mm。轴承位置的布置，如图1所示。在循环水泵的泵座上， 设置有3个振速探头，报警值分别设为0.5 mm/s、1.0 mm/s。

图1循环水泵轴系的导轴承布置

在开式循环系统中，冷却介质为海水。循环水泵吸入口处的压头，随海水潮位的高低而变化，因此，导致循环水泵的电流也相应变化，变化幅度为10～15A。潮位变化对循环水泵电流的影响，如图2所示。

图2潮位变化对循环水泵电流的影响

2　循环水泵故障的原因

2.1　导轴承脱落及轴套偏磨

对照近8年的水泵故障检修记录，均能发现，每当泵座的振速超过1.0 mm/s，且水泵电机轴承的振幅达到150 um时，水泵都会发生故障。将水泵解体后，可发现导轴承、轴套存在严重的磨损情况，而且，还存在水泵导叶体处的导轴承脱落，导轴承支架b处的轴套偏磨严重等情况。轴套偏磨的角度，为同一角度。水泵轴套的偏磨状态，如图3所示。

图3　水泵轴套的偏磨状态

造成轴套偏磨及导轴承脱落的主要原因，是安装泵体的同心度不佳。在泵轴的运行过程中，泵轴套及导轴承的受力，为单侧受力。随着运行时间的推移，轴套与导轴承之间的配合间隙因磨损而不断增加，从而引发了水泵振动。在磨损加剧的同时，摩擦阻力也在不断增加，使导轴承等联接螺栓被振松或脱落，甚至被直接剪断，造成了比较严重的后果。

2.2　叶轮被腐蚀且有裂纹

循环水泵叶轮的材质，为国产合金铸钢件。循环水泵叶轮采用耐酸不锈钢整体铸造成形，由于铸件的晶粒粗大，组织较为疏松，材料中常含有气孔和夹杂。材料中细小的铸造气孔，如图4所示。海水的腐蚀性强，特别是海水中携带了有害的Cl-离子，在不锈钢叶片表面或在叶轮的薄弱部位形成了点状腐蚀。另外，因叶轮表面存在锈蚀和盐垢，当吸收水分后，成为电解质，又对叶轮造成了电化腐蚀。当腐蚀的程度不断加深后，容易在材料上形成疲劳裂纹的源点，最终将在叶轮表面上产生微裂纹。当微裂纹经过海水的长期冲刷，进一步扩展为宏观裂纹。在运行中，叶轮承受多重受力，包括水流冲击力形成的弯曲应力、叶轮旋转产生的拉应力及水流产生的激振力。由于应力的存在，将导致叶片的断裂。

图4材料断面上的细小铸造气孔

3　精密点检的内涵

开展精密点检工作的重点，是测定设备的振动、温度、裂纹、变形、绝缘等状态量，将状态量对照标准和历史记录进行分析和比较，以判别设备的运行状态。通过对设备的运行管理，寻找设备运行趋势和规律，得到合理的设备运行参考值，实行预知检修，从而将设备故障消除在萌芽状态，提高了设备的可靠性，降低了设备的维修频次。消除设备故障的最佳周期，如图5所示。

图5　消除设备故障的最佳周期

4　精密点检及应用实例

为确保循环水泵较长周期的正常运行，需合理安排设备检修的周期。针对循泵振动的劣化过程进行分析，才能找到循环水泵劣化的根源。在循泵运行过程中，监测振动的数值为矢量叠加量，同样，振动数值也反映了循泵内部的运行状态。根据精密点检的要求，采集了6台循环水泵的振动频谱数据。6台循泵的特征振动频谱，如表1所示。

表1机组循环水泵的特征振动频谱

循泵序号测量时间数值/(mm·s-1)特征频谱值/(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数据可知，3B循泵的振动值较大，已超过报警值0.5 mm/s，其中，1B泵座的振动幅度最小，且无杂项分量，运行最为稳定。

该厂循泵的设计转速370 r/min，在工频运行时，频率约为6.1 Hz。循泵的叶轮有4个叶片，25 Hz时的频谱分量为4倍频，在该频率，6台循泵均存在振动分量。在6台循泵中，有2台水泵(3B、4A)的4倍频分量较大，循泵受到进水的冲击力较大，使循泵吸入喇叭口的导流体受到冲击，因此造成了水泵零件的磨损。有时，叶轮的动不平衡不佳，也会导致零件的磨损。所以，如发现25 Hz的倍频分量较大，就需要核查循泵叶轮的动平衡状态，同时，检查循泵吸入喇叭口处导流体零件的磨损情况。根据表1数据，在20 Hz、82.5 Hz、87.5 Hz、7.5 Hz时，可发现水泵振幅中存在着杂项分量。

4.1　电机轴承振幅及分析

在2013年11月，经该月的监测发现，4A循泵的振动速度为1.0 mm/s，已达报警值。同时，发现20 Hz的分量有突增，其他高频分量也有略增的情况，振幅的变化趋势，如图6所示。停运4A循泵进行检修，发现发生故障的主要原因，是叶轮有裂纹和导轴承的偏磨，叶轮存在较大的质量不平衡。因此，重新对叶轮进行动平衡试验，在叶轮某侧增加重量，约2 500 g。

图6 4A循泵电机上轴承20 Hz振动分量变化情况

4.2　泵座水流方向上的振速

在2014年3月，发现3A循泵的振动较大，电机轴承的振幅，已达200 um。停泵进行检修，发现3A循泵的振动，主要发生在水流的进出口方向上，振幅随时间的推移逐渐增大。为此，定期采集了3A循泵的振动数据。3A循泵的振动频谱，如表2所示。

表23A循泵的振动频谱

测量时间数值/(mm·s-1)特征频谱值/(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数据可知，当振幅值达报警值时，振动的频率集中在20 Hz、82.5 Hz等分量的增长上。对3A循泵解体检查，发现确实存在叶轮裂纹及导轴承偏磨等问题。

4.3　检修方法及效果

4.3.1外筒体的水平调整

根据3A、4A循泵的检修情况进行分析，循泵外筒体以及转子部套的水平偏差较大，进水侧较高，约为0.11 mm/m，将进水侧与出水侧相比，高出了0.22 mm，零件的同心度也较差，折算到导叶体导轴承处轴系中心单侧的偏差，约为0.44 mm。在循泵导轴承b处，轴系中心单侧的偏差，约为0.23 mm，达到了导轴承间隙的上限。当循泵调整回装后，开机运转就会产生偏磨。为此，重新调整循环水泵筒体的水平位置，使循泵外筒体的水平偏差小于0.05 mm/m，然后将外筒体垂直安装到位。

4.3.2叶轮裂纹的处理

对叶轮进行无损探伤，对已发现的裂纹进行挖补，采用激光冷焊处理，并对叶轮进行高速动平衡检测，偏差不能超过50 g。

4.3.3按标准安装

更换或修复导轴承、套筒联轴器、导轴承支架及泵轴。按标准要求，调整各零件的装配间隙，同时，做好循泵泵体及转动件的海水防腐工作。经过检修，目前，3A、4A循泵泵座的振动速度，均在0.3 mm/s以下，正常运行已近1年，振动数值以及振动频谱均稳定无变化，确保了循泵长周期的稳定运行。

5　结　语

根据检修实例可得出结论，从循泵安装至发生运行劣化，必然伴随20 Hz振动分量的变化，产生分量变化的根本原因，是叶轮在长期运行中产生了微小裂纹，导致了叶轮质量的不平衡，并引起循泵导轴承处的磨损加剧，各零件的配合间隙变大，进而引起循泵的振幅进一步加大。

在循泵运行过程中，定期采集循泵的振动频谱，按照精密点检的分析方法，不断摸索控制指标及劣化发展的周期，根据分析后数据，制订合理的循泵检修周期，提高循泵的可靠性，实现循泵的预期状态检修。

参考文献：

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