闭式冷却水泵及出口管道的振动分析与改进

崔 超，邹 兵，高英伟

(华能营口热电有限责任公司，辽宁 营口 115000)

0 概 述

某2×330 MW机组的汽轮机为亚临界、一次中间再热、单轴、两缸、两排汽、单抽供热式汽轮机。2台机组于2009年12月投产。1号、2号机组的闭式循环水系统，分别设有单级双吸水平中开蜗壳式离心泵。闭式水系统的供水主要由位于机组20 m高度的闭冷水箱提供，水源为除盐水及凝结水，可为发电机、汽轮机及锅炉辅助设备提供冷却水。闭式水系统的冷却水采用开式水源。冷却系统内设有2台板式换热器，正常运行时，1运1备。单台板式换热器的传热面积，为448.24 m2。

1 设备运行参数

振动是机械设备运行中较为常见的问题[1]，不仅影响机械设备的稳定运行，还会产生很大的噪声。2号机组的A、B闭式水泵的泵体及出口管道，一直存在振动及噪声大等问题。经测量，振动的振幅值仍在正常范围内，约为0.048 mm，符合离心泵技术条件(Ⅲ类)的要求[2]，但与1号机组闭式水泵的振幅相比，2号机水泵的振幅较大。闭式冷却水泵的主要参数，如表1所示。电动机的主要参数，如表2所示。2机组A闭式冷却水泵的布置，如图1所示。

表1 闭式冷却水泵主要参数

表2电机主要参数

项目主要参数转速/(r·min-1)1479额定电流/A30.3额定功率/kW250额定电压/V6000功率因数0.86绝缘等级F冷却方式风冷

图1 2号机组A闭式冷却水泵的布置

现结合2号机组实际运行的特点，从系统布置、设备及运行控制等方面，分析闭式冷却水泵及其出口管道振动异常的原因。

2 水泵及管道的振动原因

2.1 设备安装的原因

设备安装的不完善，可能是引起闭冷泵及管道振动的主要原因。

(1)发现设备基础松动

水泵、电机及管道的重量较大、地脚螺栓固定不牢固、土建地基的基础松动、垫铁破损、管道固定支架不牢固，或地基被油水浸泡后，均会引起水泵振动，若振动时的相位差为180°，且转速恰为某振动的临界转速[3,4]，从而使振动频率增加，水泵和管道的振幅也将增大。在处理振动前，应考虑多种因素并进行综合治理，适当加固地基基础，重新紧固地脚螺栓，更换损坏的垫铁，以减少不必要的损失。

(2)联轴器松动或故障

电动机轴与水泵轴由联轴器进行联接。当联轴器的胶圈因机械磨损后，将影响联轴器旋转时的稳定性。若联轴器动、静平衡较差，或联轴器与轴的配合间隙不均匀，均会引起水泵振动。

(3)管道布置松动

正常运行时，闭式水泵也将产生一定的振动，如果连接的管道未被牢固固定，则两者物体的振动将互相传递，发生结构共振，将增大两者振动的振幅。

(4)管道设计与安装不合理

当离心泵偏离了额定工况，水泵的内压力和流量将产生异常，引起流量的波动。若连接管道支架的刚度不够，或变形较大，则管道重量将下压在泵体上，造成泵体中心和电机中心线的位置差。若因管线支架安装与设计要求不符，引起支架刚度的约束力下降甚至失效，或者安装的作用力太大，管道与泵体连接后的内应力变大，均会直接或间接地导致水泵和管道产生振动。

2.2 设备原因

由于双吸离心泵的内部结构较为复杂，引起水泵振幅增大，主要有多个方面的原因。

(1)转子不平衡

当转子的运动中心偏离轴线时，便会产生偏心质量。高速转动的转子会产生方向不断变化的离心力，该离心力作用在轴承上，便会导致水泵轴承部位的不规则振动[5]。

(2)轴承磨损或松动

轴承支撑着机械转动部分的重量，是承受运行设备轴向力和径向力的关键部件。如果轴承损坏或有质量问题，都将引起水泵振动，并伴随有发热现象和异常响声。运行时，如果轴承温度的超过了额定温度，应及时更换新轴承，以防止水泵振动。

(3)叶轮腐蚀

叶轮在运行中长期受到水流冲刷，导致叶轮磨损并产生偏心，将加剧泵体的振动。水泵运行时，尤其在启、停过程中，要合理调整水泵的运行工况，及时监测水泵振动值，应避免在不稳定工况下运行。

(4)平衡装置失效

平衡装置可平衡叶轮运行时产生的轴向作用力，如果平衡装置出现问题，水泵的运行效率将下降，出现振动加剧及电流增大等现象。

(5)电机问题

若存在电机结构件松动、轴承定位装置松动、转子质量存在偏差、转子弯曲等问题，均将间接地引起水泵振动。

当电机定子与转子绕组中心线的重合度偏差较大时，将产生不均匀磁场，进而产生不平衡的电磁力，这种电磁力是引起振动的电气原因[6]。

2.3 运行控制中的原因

若在运行控制中存在问题，也将引起的水泵及管道振动。

(1)水泵泵体及管道内存有空气

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在水泵泵体及管道中，必然有空气存在。空气在水泵压力及水泵水流的冲击作用下被压缩，当水泵压力和流速变化时，空气体积就会出现变化，进而使管道内水流流速发生变化，发生水击现象。当空气体积变化较大时，就会引起水泵汽蚀，并产生剧烈的振动。

(2)水泵发生汽蚀

当水泵进口管道被异物堵塞，有可能使泵的进口压力小于或等于水的饱和压力，造成泵内水发生汽化，进而产生汽蚀，引起泵体和进口管道处的振动较为强烈。

(3)运行流量超出额定流量

当离心泵工作在最佳工作范围内，泵体的振幅值最小。当运行中的控制出现问题，造成水泵进口电动门误关、出口流量调整过低，水泵流量偏离额定值太多，必将引起水泵振动的增大。

(4)油质差且油温高

(5)系统管路

在闭式水系统中，由于用户较多和管线较长，在途径各个用户时，水温将发生温降，另外，各个用户对闭式水温度的需求不一致，导致回水的温差较大，回水被汇集到回水管道，因水温不同，必将引起管道振动。所以，应对整个闭式水系统，尤其应对汽机厂房0m附近的闭式水用户的供回水管道，逐一检查管道的固定状况。

3 改进措施

结合电厂机组的运行情况，分析了引起振动的各项因素。在2号机组停机检修期间，对闭式水泵及其整个系统进行了改进。

3.1 改进措施

(1)在2号机组投产前，已对电机进行过多次空载试验和带载调试，振动值均满足国家标准。在检修期间，结合电机生产厂家的意见，对电机定子、转子及内部绕组进行检测，没有发生接线松动现象，绕组绝缘值和耐压试验也均符合要求。

对水泵解体检查，水泵叶轮内部无裂纹，仅有轻微磨损(不影响运行)，但为保证长期稳定运行，还是更换了叶轮。

对地脚螺栓和设备基础进行了加固处理，加固了管道支撑及悬梁。1号机组与2号机组的设计与系统布置相同，均通过了设计验收，排除了管道设计方案上的问题。

(2)A、B闭式冷却水泵的出口压力值，如图2所示。经现场观察，水泵出口压力表的指针没有摆动现象。电机运行的电流数值稳定，可排除水泵发生汽蚀现象。

A泵出口压力 B泵出口压力

图2 A、B闭式冷却水泵出口压力表

(3)在运行及启停过程中，及时排除泵体处、滤网处、出进口管道处和管道高点处的空气。时刻注意水泵进、出口门的状态，防止误操作将其关闭或电气故障关门。日常巡检时，使用测温枪对泵体轴承、电机轴承分别进行测温，实地监测轴承的运行温度。

A闭式冷却水泵空气门及过滤器空气门，如图3所示。空气门的开关操作较为方便，当空气门见水后，即可将空气门关闭。

过滤器空气门 泵体空气门

图3 过滤器及泵体空气门

3.2 改进后效果

检修了闭式水系统后，对系统进行了试转，并测量了电机轴承温度、绕组温度、泵体轴承温度，以及水泵的振动值。

1号与2号机组的振动值与运行时间关系曲线，如图4所示。从图4可知，1号机组水泵的振动均值，为0.035 mm。2号机组水泵的振动均值，为0.037 mm。在运行的前20 h内，1号机组与2号机组闭式水泵的振动值相差较大，运行时仍有异音，但振动值符合国家标准，不影响水泵运行。运行20 h之后，随着2号机组闭式水泵振动值的缓慢下降，2台水泵的振动值基本相同，泵体及出口管道的异音渐消,运行状态良好。

图4 振动值与运行时间的关系曲线

在不同温度下，振动值与运行时间的关系曲线，如图5所示。从图5可知，水泵振幅的大小，随着外界环境温度的升高而增加；水泵的振动值，随着运行时间的增加而下降，直至趋于稳定值。

图5 振动值与运行时间的关系曲线

4 结 语

通过分析，对2号机组A、B闭式水泵实施了改进措施。改进后，降低了水泵的振幅值，并消除了水泵运行时的异音。

在日常运行时，要严格执行设备的定期轮换操作，定期检查前后轴承油室内的润滑油或进行更换，确保油质合格。日常巡检时，要注意地脚螺栓的松动情况，检查垫铁是否完整、地面是否有积水。密切注意闭式水箱水位、电流、出口压力、出口温度等各项运行参数的变化，及时解决水泵及管道的振动问题，才能使闭式水系统长期稳定地运行。