汽动给水泵轴振大原因分析及对策

郭宇烽

摘 要：某电厂在机组停运期间对一台汽动给水泵芯包进行了更换，重新投运给水泵时，其4号轴瓦处轴振异常增大导致出力受限，发电机组无法满负荷运行。基于对设备结构的了解及对故障现象的深入分析，技术人员对轴振增大的原因给出了准确的判断并安排设备返厂修复。本文着重对上述故障的异常现象、原因分析及检修等过程进行了详细的介绍。

关键词：汽动给水泵;异常振动;质量不平衡

引言

汽动给水泵芯包作为整体部件，一般情况下由于部件本身原因导致泵组异常运行的可能性较小。本次异常事件的发生，提醒我们对于重要的转动辅机，根据其运行工况、运行时间进行轴系支撑系统及动静结合面处的预防性检查是十分必要的。希望对这一异常事件的分析诊断过程能为其他电厂处理此类问题或进行设备维护保养提供有益的经验参考。针对汽动给水泵转子质量不平衡的形成原因、振动机理和振动特点进行了详细的分析和介绍，以某600MW超临界机组汽动给水泵在运行过程中出现的异常振动过程进行分析和研究，指出轉动部件脱落是导致该汽动给水泵异常振动的主要原因，成功解决了汽动给水泵异常振动问题。

1汽动给水泵设备简介

某电厂锅炉补水采用汽动给水泵。给水泵型式为卧式、离心、多级筒体式，由筒体及芯包两个主要部件组成。其中筒体支承在型钢结构的泵座上，与给水管路采用焊接连接方式，筒体上有一中间抽头口以提供再热器减温水;芯包位于筒体内，与筒体一起构成泵的主压力边界，通过联轴器连接与小汽轮机，可以整体从泵筒体内抽出。芯包由泵轴、叶轮及导叶、平衡鼓、径向轴承、推力轴承、轴端密封等组成。

2转子质量不平衡产生原因、振动机理及振动特点

2.1转子质量不平衡产生成因

转子质量不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障。造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、突发性不平衡和渐发性不平衡3种情况。（1）原始质量不平衡。转子在设计、加工及装配过程中出现偏差或转子材质不均匀等造成的转子各方向质量分布不均匀，如转动部件在出厂时动平衡没有达到平衡精度要求、对轮安装不当或检修时更换零部件后动平衡不合格，它是设备自身存在的质量不平衡。其特点是：原始不平衡在首次启动就会显现出来，在一定转速下振动特征稳定，振幅和相位受设备运行参数影响不大，与升速或设备出力没有直接联系，在未对转子进行处理前，振动数据重复性好。（2）突发性质量不平衡。转子在运行过程中，由于零部件松动、叶轮流道有异物附着、卡塞等造成转动部件瞬间出现质量分布不均匀，具有突发性和随机性。给水泵转动部件选用的材料性能较差、设计结构强度不足、加工工艺粗糙、转动零件安装紧力不足、运行参数大幅偏离额定值、运行介质中存在杂物等原因，导致转动部件存在应力过大、裂纹等各种各样的问题，最终导致转动零件脱落、卡涩等。突发振动具有在数秒内某一瓦振动或周振为主振动迅速增大到一个固定值，相位同时也出现一个固定的变化，相邻轴承振动也会增大，但变化的数值不及前者大。（3）渐发性质量不平衡。由于介质清洁度较差，含有部分杂质，杂质在转子上不均匀结垢，或介质中杂质对叶片及叶轮的不均匀磨损、磨蚀等因素造成的转子质量不平衡。主要包括：转动部件的磨损、转动部件异物附着、转动部件腐蚀等。其主要特点是：工频振动随时间变化，随着设备运行时间的加长，振幅缓慢增大，相位也随之缓慢变化。

2.2转子质量不平衡振动的特点

（1）转子质量不平衡引起的振动是转子频率的一倍频，当故障仅限于不平衡故障时，一倍频率的振动幅值通常大于或等于振动总量幅值的80%。若除不平衡之外还有其它故障时，一倍频率的振动幅值可能仅为振动总量幅值的5%～80%。（2）当转子转速低于转子第一阶临界转速时，振动幅值随转速升高而增大;当转速大于临界转速后，振幅随转速增大而减小，并趋向一个较小的稳定值。当转速接近临界转速时，将产生共振，此时振幅将有最大峰值。（3）转子轴心轨迹为椭圆。当转速一定时，不平衡产生的连续变化旋转力始终作用在径向方向上，但由于轴承的垂直方向刚度比水平方向刚度大，所以通常振动响应是一定程度的椭圆轨迹，且水平方向振动大于垂直方向振动，一般范围在2～3倍左右。（4）当转子质量不平衡故障为主要振动原因时，轴承上水平方向与垂直方向振动相位差约为90°±30°。（5）转子质量不平衡通常在径向方向呈现稳定的、可重复的振动相位。工作转速一定时，振动相位稳定，基本不变，振动的强烈程度对工作转速的变化很敏感。（6）当不平衡振动是由部件脱落引起时，振动的相位会发生突变。相位的变动能够清晰的反应转动部件是否出现部件脱落。转动部件脱落后，部件在外界力的作用下可能会发生位移的变化，并伴有异常声响。

3给水泵解体检查及修复情况

故障芯包返厂后，经解体检查，发现其主要存在3个方面的缺陷：平衡鼓发生偏磨，这是造成振动大的直接原因;4号径向轴瓦检查发现椭圆，对轴瓦油膜建立存在影响;轴承支架检查发现变形。以上是造成振动的主要原因。平衡鼓偏磨、径向轴瓦椭圆是由于支架变形情况下机组运行发生磨损，支架变形是由于芯包投运时间长发生了偏移。针对上述问题，解体检修采取了以下几方面措施：1）按产品说明书中的解体步骤及检修规范对给水泵进行完全解体，所有零件清理干净，并逐件认真检查，复检关键配合面、密封面尺寸公差。2）主轴修复：全轴校跳动最大值小于0.02mm，擦白、着色探伤、磁粉探伤、复检主轴各档轴径公差尺寸。3）叶轮清洗清理。4）径向轴瓦维修：更换新件。5）平衡鼓维修：抛光外表面。6）机械密封整修。7）更换所有密封件的常规易损件。8）复装并进行动平衡检测调校。在完成解体修复工作后，芯包运返电厂，并在1号机组检修期间回装至1号机组B汽动给水泵，设备运行良好，各项参数正常，缺陷确认消除。结合事件发生时的异常现象及解体检查发现的缺陷，对整个异常事件的梳理过程简述如下：1）支架变形导致平衡鼓偏磨、径向轴瓦椭圆。2）受平衡鼓轻微损伤及润滑油节流孔板未拆除两个因素影响，推力瓦内外侧瓦温不正常升高，润滑油压高。3）汽动给水泵转速进一步提高，使平衡鼓磨损加剧，同时受4号轴瓦椭圆及油温小幅降低影响，油膜建立不正常，导致X和Y方向轴振突增。4）节流孔板拆除后，润滑油流节流阻力减小，润滑油压大幅度降低，但平衡鼓的缺陷无法消除，轴振无好转。5）更换芯包，其平衡鼓正常运行，推力瓦受到的轴向推力在正常范围，内外侧瓦温回归正常，4号瓦处油膜建立正常，轴瓦振动正常，油压正常。

结语

给水泵转子质量不平衡是导致给水泵振动异常的主要因素，认识和掌握转子质量不平衡产生的振动原因、振动机理及振动特点，有助于从复杂的振动现象中发现潜在的问题并加以处理。

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