徐 升
(浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司,浙江 寧波 315722)
精密點(diǎn)檢是指用標(biāo)準(zhǔn)檢測儀器、儀表,對設(shè)備進(jìn)行綜合性測試或檢查。在被檢設(shè)備未解體狀態(tài)下,采用特殊儀器、工具或其他特殊方法,測定設(shè)備的振動、溫度、裂紋、變形、絕緣等狀態(tài)量,將所測數(shù)據(jù),對照該設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析,以確定被檢設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
開展以振動頻譜分析為重點(diǎn)的分析工作,是輔機(jī)設(shè)備精密點(diǎn)檢的重要組成部分。針對某循環(huán)水泵多次出現(xiàn)振幅嚴(yán)重超標(biāo)、泵內(nèi)有異常噪聲等問題,對循環(huán)水泵的振動進(jìn)行了測量和分析,得到了該水泵的實際劣化頻率,并通過劣化傾向管理,對水泵的振動進(jìn)行了跟蹤分析,從而獲得水泵的劣化趨勢和規(guī)律。進(jìn)一步分析了水泵的劣化原因后,通過改進(jìn)設(shè)備的檢修工藝,提高了循環(huán)水泵運(yùn)行的可靠性。
在某4×600 MW超臨界機(jī)組的開式冷卻系統(tǒng)中,冷卻介質(zhì)為海水。系統(tǒng)中有8臺循環(huán)水泵,為立式、單級單吸、轉(zhuǎn)子可抽出式斜流水泵,水泵為單支座布置。水泵和電機(jī)之間采用剛性聯(lián)軸器連接。循環(huán)水泵的軸較長,設(shè)有4個水潤滑非金屬軸承,分別位于導(dǎo)葉體、軸承支架及填料函體的軸座上,軸承的標(biāo)準(zhǔn)間隙,為0.30~0.55 mm。軸承位置的布置,如圖1所示。在循環(huán)水泵的泵座上, 設(shè)置有3個振速探頭,報警值分別設(shè)為0.5 mm/s、1.0 mm/s。
圖1循環(huán)水泵軸系的導(dǎo)軸承布置
在開式循環(huán)系統(tǒng)中,冷卻介質(zhì)為海水。循環(huán)水泵吸入口處的壓頭,隨海水潮位的高低而變化,因此,導(dǎo)致循環(huán)水泵的電流也相應(yīng)變化,變化幅度為10~15A。潮位變化對循環(huán)水泵電流的影響,如圖2所示。
圖2潮位變化對循環(huán)水泵電流的影響
對照近8年的水泵故障檢修記錄,均能發(fā)現(xiàn),每當(dāng)泵座的振速超過1.0 mm/s,且水泵電機(jī)軸承的振幅達(dá)到150 um時,水泵都會發(fā)生故障。將水泵解體后,可發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軸承、軸套存在嚴(yán)重的磨損情況,而且,還存在水泵導(dǎo)葉體處的導(dǎo)軸承脫落,導(dǎo)軸承支架b處的軸套偏磨嚴(yán)重等情況。軸套偏磨的角度,為同一角度。水泵軸套的偏磨狀態(tài),如圖3所示。
圖3 水泵軸套的偏磨狀態(tài)
造成軸套偏磨及導(dǎo)軸承脫落的主要原因,是安裝泵體的同心度不佳。在泵軸的運(yùn)行過程中,泵軸套及導(dǎo)軸承的受力,為單側(cè)受力。隨著運(yùn)行時間的推移,軸套與導(dǎo)軸承之間的配合間隙因磨損而不斷增加,從而引發(fā)了水泵振動。在磨損加劇的同時,摩擦阻力也在不斷增加,使導(dǎo)軸承等聯(lián)接螺栓被振松或脫落,甚至被直接剪斷,造成了比較嚴(yán)重的后果。
循環(huán)水泵葉輪的材質(zhì),為國產(chǎn)合金鑄鋼件。循環(huán)水泵葉輪采用耐酸不銹鋼整體鑄造成形,由于鑄件的晶粒粗大,組織較為疏松,材料中常含有氣孔和夾雜。材料中細(xì)小的鑄造氣孔,如圖4所示。海水的腐蝕性強(qiáng),特別是海水中攜帶了有害的Cl-離子,在不銹鋼葉片表面或在葉輪的薄弱部位形成了點(diǎn)狀腐蝕。另外,因葉輪表面存在銹蝕和鹽垢,當(dāng)吸收水分后,成為電解質(zhì),又對葉輪造成了電化腐蝕。當(dāng)腐蝕的程度不斷加深后,容易在材料上形成疲勞裂紋的源點(diǎn),最終將在葉輪表面上產(chǎn)生微裂紋。當(dāng)微裂紋經(jīng)過海水的長期沖刷,進(jìn)一步擴(kuò)展為宏觀裂紋。在運(yùn)行中,葉輪承受多重受力,包括水流沖擊力形成的彎曲應(yīng)力、葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的拉應(yīng)力及水流產(chǎn)生的激振力。由于應(yīng)力的存在,將導(dǎo)致葉片的斷裂。
圖4材料斷面上的細(xì)小鑄造氣孔
開展精密點(diǎn)檢工作的重點(diǎn),是測定設(shè)備的振動、溫度、裂紋、變形、絕緣等狀態(tài)量,將狀態(tài)量對照標(biāo)準(zhǔn)和歷史記錄進(jìn)行分析和比較,以判別設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。通過對設(shè)備的運(yùn)行管理,尋找設(shè)備運(yùn)行趨勢和規(guī)律,得到合理的設(shè)備運(yùn)行參考值,實行預(yù)知檢修,從而將設(shè)備故障消除在萌芽狀態(tài),提高了設(shè)備的可靠性,降低了設(shè)備的維修頻次。消除設(shè)備故障的最佳周期,如圖5所示。
圖5 消除設(shè)備故障的最佳周期
為確保循環(huán)水泵較長周期的正常運(yùn)行,需合理安排設(shè)備檢修的周期。針對循泵振動的劣化過程進(jìn)行分析,才能找到循環(huán)水泵劣化的根源。在循泵運(yùn)行過程中,監(jiān)測振動的數(shù)值為矢量疊加量,同樣,振動數(shù)值也反映了循泵內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)精密點(diǎn)檢的要求,采集了6臺循環(huán)水泵的振動頻譜數(shù)據(jù)。6臺循泵的特征振動頻譜,如表1所示。
表1機(jī)組循環(huán)水泵的特征振動頻譜
循泵序號測量時間數(shù)值/(mm·s-1)特征頻譜值/(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數(shù)據(jù)可知,3B循泵的振動值較大,已超過報警值0.5 mm/s,其中,1B泵座的振動幅度最小,且無雜項分量,運(yùn)行最為穩(wěn)定。
該廠循泵的設(shè)計轉(zhuǎn)速370 r/min,在工頻運(yùn)行時,頻率約為6.1 Hz。循泵的葉輪有4個葉片,25 Hz時的頻譜分量為4倍頻,在該頻率,6臺循泵均存在振動分量。在6臺循泵中,有2臺水泵(3B、4A)的4倍頻分量較大,循泵受到進(jìn)水的沖擊力較大,使循泵吸入喇叭口的導(dǎo)流體受到?jīng)_擊,因此造成了水泵零件的磨損。有時,葉輪的動不平衡不佳,也會導(dǎo)致零件的磨損。所以,如發(fā)現(xiàn)25 Hz的倍頻分量較大,就需要核查循泵葉輪的動平衡狀態(tài),同時,檢查循泵吸入喇叭口處導(dǎo)流體零件的磨損情況。根據(jù)表1數(shù)據(jù),在20 Hz、82.5 Hz、87.5 Hz、7.5 Hz時,可發(fā)現(xiàn)水泵振幅中存在著雜項分量。
在2013年11月,經(jīng)該月的監(jiān)測發(fā)現(xiàn),4A循泵的振動速度為1.0 mm/s,已達(dá)報警值。同時,發(fā)現(xiàn)20 Hz的分量有突增,其他高頻分量也有略增的情況,振幅的變化趨勢,如圖6所示。停運(yùn)4A循泵進(jìn)行檢修,發(fā)現(xiàn)發(fā)生故障的主要原因,是葉輪有裂紋和導(dǎo)軸承的偏磨,葉輪存在較大的質(zhì)量不平衡。因此,重新對葉輪進(jìn)行動平衡試驗,在葉輪某側(cè)增加重量,約2 500 g。
圖6 4A循泵電機(jī)上軸承20 Hz振動分量變化情況
在2014年3月,發(fā)現(xiàn)3A循泵的振動較大,電機(jī)軸承的振幅,已達(dá)200 um。停泵進(jìn)行檢修,發(fā)現(xiàn)3A循泵的振動,主要發(fā)生在水流的進(jìn)出口方向上,振幅隨時間的推移逐漸增大。為此,定期采集了3A循泵的振動數(shù)據(jù)。3A循泵的振動頻譜,如表2所示。
表23A循泵的振動頻譜
測量時間數(shù)值/(mm·s-1)特征頻譜值/(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數(shù)據(jù)可知,當(dāng)振幅值達(dá)報警值時,振動的頻率集中在20 Hz、82.5 Hz等分量的增長上。對3A循泵解體檢查,發(fā)現(xiàn)確實存在葉輪裂紋及導(dǎo)軸承偏磨等問題。
4.3.1外筒體的水平調(diào)整
根據(jù)3A、4A循泵的檢修情況進(jìn)行分析,循泵外筒體以及轉(zhuǎn)子部套的水平偏差較大,進(jìn)水側(cè)較高,約為0.11 mm/m,將進(jìn)水側(cè)與出水側(cè)相比,高出了0.22 mm,零件的同心度也較差,折算到導(dǎo)葉體導(dǎo)軸承處軸系中心單側(cè)的偏差,約為0.44 mm。在循泵導(dǎo)軸承b處,軸系中心單側(cè)的偏差,約為0.23 mm,達(dá)到了導(dǎo)軸承間隙的上限。當(dāng)循泵調(diào)整回裝后,開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)就會產(chǎn)生偏磨。為此,重新調(diào)整循環(huán)水泵筒體的水平位置,使循泵外筒體的水平偏差小于0.05 mm/m,然后將外筒體垂直安裝到位。
4.3.2葉輪裂紋的處理
對葉輪進(jìn)行無損探傷,對已發(fā)現(xiàn)的裂紋進(jìn)行挖補(bǔ),采用激光冷焊處理,并對葉輪進(jìn)行高速動平衡檢測,偏差不能超過50 g。
4.3.3按標(biāo)準(zhǔn)安裝
更換或修復(fù)導(dǎo)軸承、套筒聯(lián)軸器、導(dǎo)軸承支架及泵軸。按標(biāo)準(zhǔn)要求,調(diào)整各零件的裝配間隙,同時,做好循泵泵體及轉(zhuǎn)動件的海水防腐工作。經(jīng)過檢修,目前,3A、4A循泵泵座的振動速度,均在0.3 mm/s以下,正常運(yùn)行已近1年,振動數(shù)值以及振動頻譜均穩(wěn)定無變化,確保了循泵長周期的穩(wěn)定運(yùn)行。
根據(jù)檢修實例可得出結(jié)論,從循泵安裝至發(fā)生運(yùn)行劣化,必然伴隨20 Hz振動分量的變化,產(chǎn)生分量變化的根本原因,是葉輪在長期運(yùn)行中產(chǎn)生了微小裂紋,導(dǎo)致了葉輪質(zhì)量的不平衡,并引起循泵導(dǎo)軸承處的磨損加劇,各零件的配合間隙變大,進(jìn)而引起循泵的振幅進(jìn)一步加大。
在循泵運(yùn)行過程中,定期采集循泵的振動頻譜,按照精密點(diǎn)檢的分析方法,不斷摸索控制指標(biāo)及劣化發(fā)展的周期,根據(jù)分析后數(shù)據(jù),制訂合理的循泵檢修周期,提高循泵的可靠性,實現(xiàn)循泵的預(yù)期狀態(tài)檢修。
參考文獻(xiàn):
[1] 陳江,沙德生.火電廠設(shè)備精密點(diǎn)檢及故障診斷案例分析[M]. 北京,中國電力出版社 2010.
[2] 葉偉東.循環(huán)水泵振動大原因查找及處理[J].電力安全技術(shù)2010,12(1):47-48.
[3] 郭延秋.大型火電機(jī)組檢修實用技術(shù)叢書[M]. 北京,中國電力出版社 2003.
[4] 胡大千,孫忠志.核電廠海水循環(huán)泵組振動分析及處理[J].水泵技術(shù)2012(1):40-43.