馬毅 楊帥

摘 要：作為火力發(fā)電廠的重要輔助設(shè)備之一，鍋爐給水泵能否安全、高效運(yùn)轉(zhuǎn)直接影響著電廠的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，鍋爐給水泵經(jīng)常發(fā)生振動(dòng)故障，威脅著給水泵的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，本文著重分析了鍋爐給水泵振動(dòng)的原因，并就如何防治振動(dòng)故障給出切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：水泵機(jī)組；振動(dòng)；故障診斷

一、水泵情況

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)300QTSB 1I—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El均垂直向下布置，電動(dòng)給水泵型號(hào)300TSBlI—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。

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。

二、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。

（1）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)部門試驗(yàn)分析在4000r/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）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。誘導(dǎo)輪葉片斷裂位置均處于進(jìn)口邊緣較薄部位。

（3）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0.14mm、第6級(jí)0.18mm，標(biāo)準(zhǔn)≤0.05mm），轉(zhuǎn)子殘余不平衡量達(dá)1050g？mm，大于該轉(zhuǎn)子許用不平衡量799g？mm，振動(dòng)超標(biāo)原因?yàn)檗D(zhuǎn)子動(dòng)平衡不合格。

三、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)。

（1）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。

（2）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°，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；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300MW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28m，加上除氧器高度25m，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82m，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。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。

（3）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《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。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。

四、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。

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