仉國(guó)明

(大唐武安發(fā)電有限公司，河北 邯鄲 056300)

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某電廠300 MW機(jī)組鍋爐給水泵振動(dòng)原因分析及處理

仉國(guó)明

(大唐武安發(fā)電有限公司，河北 邯鄲 056300)

針對(duì)某電廠300 MW機(jī)組多臺(tái)鍋爐給水泵組的振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題，分析軸承振動(dòng)超標(biāo)的現(xiàn)象和特征，并結(jié)合給水泵芯包解體檢查情況，認(rèn)為導(dǎo)葉內(nèi)水力激振、誘導(dǎo)輪葉片斷裂和轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不合格是引起給水泵振動(dòng)的原因，提出處理措施，解決了給水泵振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題。

鍋爐給水泵；給水泵芯包；振動(dòng)；導(dǎo)葉；水力激振；誘導(dǎo)輪；動(dòng)平衡

河北某電廠9、10號(hào)機(jī)組為2臺(tái)東汽300MW供熱凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)配備2臺(tái)50%B-MCR汽動(dòng)給水泵組運(yùn)行，1臺(tái)50%B-MCR電動(dòng)給水泵備用。汽動(dòng)給水泵型號(hào)300QTSBⅡ-JA，結(jié)構(gòu)形式為臥式、離心、多級(jí)節(jié)段、雙殼體全抽芯結(jié)構(gòu)，進(jìn)出、口及抽頭接口均垂直向下布置，電動(dòng)給水泵型號(hào)300TSBⅡ-JB，其結(jié)構(gòu)形式與汽動(dòng)給水泵基本相同，區(qū)別在于進(jìn)出口及抽頭接口均垂直向上布置，廠家設(shè)計(jì)2種泵型芯包完全一致，可以互換。該型鍋爐給水泵芯包共5級(jí)葉輪，并采用誘導(dǎo)輪技術(shù)，誘導(dǎo)輪安裝在首級(jí)葉輪之前，提高首級(jí)葉輪入口壓力，降低泵的必須汽蝕余量，給水泵前可不設(shè)前置泵。該電廠給水系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布置為汽動(dòng)給水泵有前置泵，電動(dòng)給水泵無(wú)前置泵。

1 給水泵振動(dòng)情況

該廠9、10號(hào)機(jī)組分別于2010年1月、5月投產(chǎn)，在168 h試運(yùn)及投產(chǎn)初期，6臺(tái)給水泵發(fā)生多起振動(dòng)超標(biāo)被迫停泵故障。

2010年1月9號(hào)機(jī)組168 h試運(yùn)期間，電動(dòng)給水泵在轉(zhuǎn)速4 300 r/min左右出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題，兩側(cè)軸承最大振動(dòng)值水平方向0.07 mm，因該泵為第1臺(tái)投運(yùn)，首先從給水泵外部著手進(jìn)行了細(xì)致的排查，包括：泵基礎(chǔ)、地腳螺栓緊固情況、給水泵流量、進(jìn)出口壓力變化、再循環(huán)狀態(tài)、管道支吊架、潤(rùn)滑油溫、各軸瓦瓦溫、機(jī)械密封冷卻水溫和冷卻水量、聯(lián)軸器對(duì)中情況等進(jìn)行了逐一檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，排除給水泵外部條件引起的振動(dòng)超標(biāo)[1]。

2010年3月2日7∶45，9號(hào)機(jī)1號(hào)汽動(dòng)給水泵兩側(cè)軸承水平振動(dòng)突增至0.10 mm，此時(shí)轉(zhuǎn)速為4 750 r/min，倒換為電動(dòng)給水泵運(yùn)行，檢查1號(hào)汽動(dòng)給水泵軸承、復(fù)測(cè)對(duì)輪中心均正常，將泵備用；3月4日21∶30，由于2號(hào)汽動(dòng)給水泵掉閘，1號(hào)汽動(dòng)給水泵聯(lián)啟，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至2 880 r/min時(shí)，軸承最大振動(dòng)升至0.13 mm，遂將1號(hào)汽動(dòng)給水泵打閘，抽芯包檢查發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)輪葉片斷裂掉塊，長(zhǎng)度約150 mm，更換誘導(dǎo)輪。

2010年5月11日，10號(hào)機(jī)電動(dòng)給水泵前后軸承振動(dòng)突然增大，后軸承振動(dòng)最大達(dá)到0.20 mm，之后隨泵轉(zhuǎn)速升降，兩軸承振動(dòng)值維持在0.045～0.10 mm，168 h試運(yùn)完畢后，對(duì)電動(dòng)給水泵抽芯包發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)輪葉片斷裂掉塊，長(zhǎng)度約170 mm，更換誘導(dǎo)輪。

2010年5月13日1∶30，10號(hào)機(jī)1號(hào)汽動(dòng)給水泵3號(hào)、4號(hào)軸承垂直振動(dòng)突然增大，由0.007 mm突增至0.112 mm，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為4 939 r/min，隨即開(kāi)啟電動(dòng)給水泵運(yùn)行，168 h試運(yùn)完畢后，對(duì)1號(hào)汽動(dòng)給水泵抽芯包檢查發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)輪葉片斷裂掉塊，更換誘導(dǎo)輪。

2010年6月17日9∶30左右，10號(hào)機(jī)1號(hào)汽動(dòng)給水泵4號(hào)軸承垂直振動(dòng)超標(biāo)為0.05～0.08 mm，其他軸承、其它方向振動(dòng)數(shù)值均正常，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為4 770～4 910 r/min，通過(guò)查閱運(yùn)行數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，該給水泵轉(zhuǎn)速在小于4 770 r/min時(shí)振動(dòng)數(shù)值均合格，在0.016～0.048 mm，并隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大，當(dāng)給水泵轉(zhuǎn)速達(dá)到4 770 r/min 時(shí)，4號(hào)軸承垂直振動(dòng)值為0.05～0.053 mm，當(dāng)給水泵轉(zhuǎn)速達(dá)到4 830 r/min時(shí)，振動(dòng)達(dá)0.06 mm，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至4 870 r/min時(shí)，振動(dòng)增加至0.07 mm，當(dāng)達(dá)到168 h后運(yùn)行中最高轉(zhuǎn)速4 910 r/min時(shí)，振動(dòng)值為0.08 mm；7月12日5∶45，1號(hào)汽動(dòng)給水泵4號(hào)軸承振動(dòng)0.12 mm；7月13日10∶30，開(kāi)啟電動(dòng)給水泵，檢查1號(hào)汽動(dòng)給水泵軸承、復(fù)測(cè)對(duì)輪中心均正常；7月19日該泵芯包進(jìn)行返廠檢修，誘導(dǎo)輪無(wú)異常，葉輪晃度超標(biāo)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不合格。通過(guò)修復(fù)葉輪，將轉(zhuǎn)子晃度和動(dòng)平衡調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，同時(shí)改造去掉誘導(dǎo)輪。

2010年6月28日4∶45，9號(hào)機(jī)1號(hào)汽動(dòng)給水泵4號(hào)軸承垂直振動(dòng)突然增大至0.10 mm，隨著給水泵轉(zhuǎn)速升高，振動(dòng)不斷增大，轉(zhuǎn)速為4 236 r/min時(shí)，3號(hào)、4號(hào)軸承水平振動(dòng)達(dá)0.10 mm；轉(zhuǎn)速升至4 363 r/min時(shí)，兩軸承水平振動(dòng)達(dá)到0.13 mm；轉(zhuǎn)速升至4 460 r/min，兩軸承水平振動(dòng)高達(dá)0.19 mm，并有繼續(xù)升高趨勢(shì)，遂將9號(hào)機(jī)1號(hào)汽動(dòng)給水泵倒為電動(dòng)給水泵運(yùn)行，抽芯包檢查發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)輪葉片斷裂掉塊，嚴(yán)重?fù)p壞，改造去掉誘導(dǎo)輪。

2010年7月13日3∶40，9號(hào)機(jī)組2號(hào)汽動(dòng)給水泵3號(hào)、4號(hào)軸承垂直振動(dòng)由0.025 mm突增至0.15 mm，立即倒換為電動(dòng)給水泵運(yùn)行，抽芯包檢查發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)輪損壞掉塊，改造去掉誘導(dǎo)輪。

2 振動(dòng)原因分析

現(xiàn)場(chǎng)每1臺(tái)給水泵出現(xiàn)振動(dòng)異常后，都會(huì)根據(jù)鍋爐給水泵振動(dòng)常見(jiàn)原因進(jìn)行排查，首先檢查排除引起給水泵振動(dòng)的外部因素，最終確定給水泵內(nèi)部存在缺陷。給水泵芯包返廠后，解體檢查軸瓦無(wú)異常磨損，轉(zhuǎn)子與殼體動(dòng)靜部件無(wú)碰摩痕跡，多數(shù)存在誘導(dǎo)輪斷裂缺陷。通過(guò)對(duì)上述多臺(tái)次給水泵振動(dòng)情況對(duì)比及芯包返廠解體檢修情況綜合分析，導(dǎo)致該電廠給水泵頻繁發(fā)生振動(dòng)超標(biāo)的主要原因如下。

a. 某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的振動(dòng)增大原因?yàn)樗ふ瘛?號(hào)機(jī)電動(dòng)給水泵是第1臺(tái)投運(yùn)的給水泵，與其余5臺(tái)給水泵同一批次，因此將10號(hào)機(jī)尚未安裝的電動(dòng)給水泵返廠檢查，經(jīng)廠家設(shè)計(jì)部門(mén)試驗(yàn)分析在4 000 r/min以上某一轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)的振動(dòng)超標(biāo)原因，并非轉(zhuǎn)子剛性不足導(dǎo)致存在臨界轉(zhuǎn)速，而是由于水流經(jīng)過(guò)葉輪流道后進(jìn)入中段內(nèi)的導(dǎo)葉產(chǎn)生水力沖擊，當(dāng)水力沖擊的激振頻率與轉(zhuǎn)子或泵殼的固有頻率接近時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生共振。通過(guò)對(duì)泵內(nèi)各級(jí)導(dǎo)葉流道進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)泵內(nèi)流體從葉輪流出后在導(dǎo)葉內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在圓周方向上并不均勻，在大流量、高壓力的工況下，水力流動(dòng)不均衡必然產(chǎn)生較強(qiáng)的水力激振，當(dāng)泵轉(zhuǎn)速達(dá)到某一范圍時(shí)，水力激振引發(fā)共振，導(dǎo)致泵振動(dòng)增大[2]。

b. 振動(dòng)突增原因?yàn)檎T導(dǎo)輪葉片斷裂導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。誘導(dǎo)輪為軸流式葉輪，即使在發(fā)生汽蝕時(shí)，性能也不會(huì)突然下降，而且誘導(dǎo)輪本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其具有更好的抗汽蝕性能。但在該電廠的實(shí)際使用中，給水泵誘導(dǎo)輪葉片斷裂幾乎是該型給水泵的共性缺陷，通過(guò)對(duì)誘導(dǎo)輪的工況條件和葉片斷裂形貌特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)葉片厚度、入口型線與水力特性不能完全匹配，導(dǎo)致誘導(dǎo)輪進(jìn)口處易發(fā)生汽蝕，因汽蝕而產(chǎn)生的復(fù)雜非定常流動(dòng)引發(fā)壓力脈動(dòng)，與誘導(dǎo)輪葉片的固有頻率接近或成一定的比例關(guān)系時(shí)產(chǎn)生共振，最終葉片疲勞斷裂[3]。誘導(dǎo)輪葉片斷裂位置均處于進(jìn)口邊緣較薄部位。

c. 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不合格。2010年6月17日，10號(hào)機(jī)1號(hào)汽動(dòng)給水泵返修后初次投運(yùn)便出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)，且振動(dòng)值隨著轉(zhuǎn)速升高而增大，堅(jiān)持運(yùn)行一個(gè)月后將芯包返廠解體檢查，經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)該泵轉(zhuǎn)子第4級(jí)、第6級(jí)葉輪晃度超標(biāo)(第4級(jí)葉輪晃度0.14 mm、第6級(jí)0.18 mm，標(biāo)準(zhǔn)≤0.05 mm)，轉(zhuǎn)子殘余不平衡量達(dá)1 050 g·mm，大于該轉(zhuǎn)子許用不平衡量799 g·mm，振動(dòng)超標(biāo)原因?yàn)檗D(zhuǎn)子動(dòng)平衡不合格。

3 處理措施及效果

根據(jù)上述不同振動(dòng)原因，制定針對(duì)性的處理措施，并利用機(jī)組臨停和檢修機(jī)會(huì)對(duì)每臺(tái)給水泵芯包進(jìn)行檢修和改進(jìn)。

a. 改善流體在導(dǎo)葉中的水力特性。針對(duì)給水泵在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的軸承振動(dòng)增大問(wèn)題，經(jīng)廠家設(shè)計(jì)部門(mén)分析確定對(duì)泵的設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，將部分導(dǎo)葉在圓周方向旋轉(zhuǎn)一定角度，即：二級(jí)中段、六級(jí)中段上的導(dǎo)葉固定銷孔在原位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°，三級(jí)中段、五級(jí)中段上的導(dǎo)葉固定銷孔在原位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°，經(jīng)更改后各導(dǎo)葉流道位置依次錯(cuò)開(kāi)60°，保證流體在導(dǎo)葉中流動(dòng)的均勻性，有效改善導(dǎo)葉內(nèi)的異常水力激振，對(duì)每臺(tái)給水泵芯包返廠時(shí)均按照更改設(shè)計(jì)實(shí)施，振動(dòng)消除。

b. 改進(jìn)誘導(dǎo)輪。原誘導(dǎo)輪重新設(shè)計(jì)改進(jìn)為加強(qiáng)型誘導(dǎo)輪，優(yōu)化誘導(dǎo)輪入口型線，加大進(jìn)口邊后掠角 ，由90°增加到120°(見(jiàn)圖1)，使葉片進(jìn)口后掠部位延長(zhǎng)，高度降低，改變誘導(dǎo)輪入口的液體流動(dòng)，提高汽蝕性能，改善給水泵首級(jí)葉輪入口條件[4]；對(duì)誘導(dǎo)輪葉片整體加厚，改善鑄造工藝和熱處理工藝，加大葉片與輪轂結(jié)合處的圓角，減小應(yīng)力集中，提高誘導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，經(jīng)無(wú)損探傷合格的誘導(dǎo)輪方可使用。先后對(duì)2臺(tái)電動(dòng)給水泵更換加強(qiáng)型誘導(dǎo)輪，使用效果良好。對(duì)4臺(tái)汽動(dòng)給水泵，去除誘導(dǎo)輪，用相應(yīng)的軸套代替。廠家初期設(shè)計(jì)汽動(dòng)給水泵安裝誘導(dǎo)輪，目的是使得300 MW機(jī)組電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵芯包完全相同，以保證2種泵芯包的互換性。由于電動(dòng)給水泵沒(méi)有前置泵，在該泵的設(shè)計(jì)中為降低泵的必須汽蝕余量NPSHr，保證不發(fā)生汽蝕，在首級(jí)葉輪前設(shè)計(jì)了誘導(dǎo)輪增壓，誘導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)揚(yáng)程28 m，加上除氧器高度25 m，才可以滿足抗汽蝕要求。汽動(dòng)給水泵設(shè)有前置泵，前置泵揚(yáng)程82 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)誘導(dǎo)輪揚(yáng)程，因此汽動(dòng)給水泵取消誘導(dǎo)輪也能滿足必須汽蝕余量要求，同時(shí)不會(huì)對(duì)泵的流量、揚(yáng)程產(chǎn)生不利影響，還可降低汽動(dòng)給水泵缺陷發(fā)生幾率。

圖1 誘導(dǎo)輪進(jìn)口型線優(yōu)化

先對(duì)9號(hào)機(jī)1號(hào)汽動(dòng)給水泵去除誘導(dǎo)輪，運(yùn)行一段時(shí)間，監(jiān)測(cè)壓力、流量等參數(shù)無(wú)變化，陸續(xù)對(duì)其他3臺(tái)汽動(dòng)給水泵去除誘導(dǎo)輪。

c. 提高檢修工藝質(zhì)量。給水泵芯包檢修中，嚴(yán)格按照檢修工藝要求執(zhí)行。重點(diǎn)檢測(cè)轉(zhuǎn)子小裝后各主要部位的晃度值、瓢偏值，檢驗(yàn)、校正轉(zhuǎn)子靜平衡和動(dòng)平衡，分別按照GB/T9239.1～2-2006《機(jī)械振動(dòng)恒態(tài)(剛性)轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求》G6.3級(jí)和G2.5級(jí)精度進(jìn)行[5]。芯包組裝時(shí)各軸瓦間隙、轉(zhuǎn)子抬量、轉(zhuǎn)子竄量和平衡裝置間隙等動(dòng)靜間隙調(diào)整合格，減少裝配誤差，確保檢修工藝質(zhì)量。

經(jīng)過(guò)采取一系列的處理措施后，該電廠6臺(tái)鍋爐給水泵運(yùn)行狀態(tài)良好，解決了泵振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)該電廠多臺(tái)鍋爐給水泵運(yùn)行中發(fā)生的振動(dòng)缺陷情況，逐步分析排查引起振動(dòng)的因素，并結(jié)合給水泵芯包解體檢查情況，最終確定振動(dòng)的真正原因，導(dǎo)葉內(nèi)水力激振、誘導(dǎo)輪葉片斷裂和轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不合格。通過(guò)實(shí)施針對(duì)性的處理措施，解決了給水泵振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題，保證了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 王德堅(jiān),張 磊,滿菁華,等.汽輪機(jī)設(shè)備檢修[M].北京:中國(guó)電力出版社,2012.

[2] 李宏喬,楊 光.節(jié)段式高速鍋爐給水泵振動(dòng)原因分析及消除措施[J].水泵技術(shù),2011(6):44-46.

[3] 劉華威,楊桂杰.鍋爐給水泵誘導(dǎo)輪失效原因分析及改進(jìn)[J].水泵技術(shù),2012(3):44-46.

[4] 袁壽其,施衛(wèi)東,劉厚林,等.泵理論與技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

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本文責(zé)任編輯：楊秀敏

Analysis and Treatment for Vibration of Boiler Feed Pump in Some Power Plant 300 MW Turbine

Zhang Guoming

(Datang Wuan Power Generation Co., Ltd.Handan 056300,China)

In view of the problem of excessive vibration of the feed pump unit of 300 MW turbine in a power plant,the phenomenon and characteristics of excessive vibration of bearing are analyzed,and combined with the disintegration of the feed pump cartridge inspection,it is considered that hydraulic exciting vibration in diffuser,blade fracture of the inducer and dynamic balancing of the rotor is not qualified are the causes of vibration of the feed pump, the targeted treatment measures are proposed, to solve the problem of excessive vibration of the feed pump.

boiler feed pump;feed pump cartridge;vibration;diffuser;hydraulic exciting vibration;inducer;dynamic balancing

2016-05-09

仉國(guó)明(1980-)，男，工程師，主要從事汽輪機(jī)設(shè)備檢修工作。

TK268

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1001-9898(2016)05-0058-03