陸定康，周偉

(江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213000)

1 設(shè)備概況

某燃機(jī)電站工業(yè)水系統(tǒng)由2個(gè)工業(yè)水池、4臺(tái)工業(yè)水泵及管網(wǎng)組成。工業(yè)水泵采用IS100-65-250型單節(jié)離心式水泵，流量為90 m3/h，電機(jī)功率為37 kW，轉(zhuǎn)速為2 900 r/min，揚(yáng)程為85 m。工業(yè)水主要用途為：F級(jí)一期和二期循環(huán)水泵備用冷卻水、凈水區(qū)溶藥雜用水、沉淀池沖洗水、循環(huán)水加藥區(qū)雜用水、F級(jí)一期和二期機(jī)組排水槽冷卻水、機(jī)組定排冷卻水以及機(jī)組雜用水。4臺(tái)工業(yè)水泵中，#1，#2，#3工業(yè)水泵共用1臺(tái)變頻器，只有1臺(tái)可以進(jìn)行變頻運(yùn)行，后擴(kuò)建的#4工業(yè)水泵只能工頻運(yùn)行。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行中，工業(yè)水泵為2臺(tái)運(yùn)行2臺(tái)備用，其中2臺(tái)運(yùn)行泵為1臺(tái)變頻運(yùn)行、1臺(tái)工頻運(yùn)行。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況

工業(yè)水系統(tǒng)2005年年底隨F級(jí)一期機(jī)組投運(yùn)，2011年和2016年E級(jí)機(jī)組和F級(jí)二期機(jī)組相繼投入運(yùn)行，工業(yè)水泵隨之出現(xiàn)振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)問題，檢測(cè)時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)泵組存在主軸松動(dòng)、聯(lián)軸器嚴(yán)重磨損問題，經(jīng)過數(shù)次檢修情況依舊。從圖1可以看出：水泵自由端振動(dòng)頻譜水平方向出現(xiàn)削波(滑雪坡)現(xiàn)象，其他方向工頻諧波明顯，軸系表現(xiàn)為嚴(yán)重的松動(dòng)現(xiàn)象。解調(diào)頻譜中沖擊值達(dá)到了79g，檢測(cè)中同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了聯(lián)軸器對(duì)中和磨損問題。

3 原因排查

可能引起水泵機(jī)械振動(dòng)的原因很多：轉(zhuǎn)子不平衡、基礎(chǔ)松動(dòng)剛度不足、聯(lián)軸器不對(duì)中、軸彎曲、軸承損壞等。

轉(zhuǎn)子不平衡和基礎(chǔ)松動(dòng)時(shí)，振動(dòng)頻譜中工頻振動(dòng)分量為主要成分，通過頻譜采集分析和基礎(chǔ)差別振動(dòng)測(cè)試排除了該原因。

在泵體解體過程中，對(duì)泵軸進(jìn)行彎曲度測(cè)量，葉輪裝配處、軸承裝配處及靠背輪裝配處彎曲度均小于0.03 mm，轉(zhuǎn)子晃度小于0.05 mm，從而排除了軸彎曲度和轉(zhuǎn)子晃度超標(biāo)引起水泵振動(dòng)的原因。

圖1 #3工業(yè)水泵泵側(cè)自由端三向頻譜Fig.1 Free end 3D spectrum on No.3 industrial pump side

目前使用的聯(lián)軸器為梅花聯(lián)軸器(如圖2所示)，中間放置聚氨酯梅花彈性墊。這種聯(lián)軸器加工精度不高，配合間隙過大，在使用過程中往往會(huì)因磨損變形而影響泵組的對(duì)中，產(chǎn)生異常振動(dòng)，加速軸承磨損裂化，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)軸系松動(dòng)情況。

圖2 梅花聯(lián)軸器Fig.2 Plum coupling

事實(shí)上，聯(lián)軸器歷次檢修時(shí)都進(jìn)行了對(duì)中心找正，面偏差、圓偏差均小于0.05 mm，完全符合要求，緩沖墊有瑕疵、軟硬異常都會(huì)進(jìn)行更換。對(duì)軸承進(jìn)行更換后，軸徑跳動(dòng)、軸的彎曲度都在工藝要求范圍內(nèi)。檢修結(jié)束后短期內(nèi)能降低振動(dòng)幅值，但并沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行3個(gè)月后振動(dòng)又出現(xiàn)異常。2018年4月檢修結(jié)束后振動(dòng)得到了控制(見表1)，但依舊超標(biāo)，運(yùn)行至2018年7月，泵驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)速度又達(dá)到了20.01 mm/s。在泵的解體過程中發(fā)現(xiàn)，除了聯(lián)軸器緩沖膠墊磨損，還存在軸承磨損、游隙變大的情況。短周期出現(xiàn)重復(fù)缺陷說明這些部件損壞只是振動(dòng)加劇產(chǎn)生的后果。

水泵作為工業(yè)水系統(tǒng)中的單機(jī)，檢修時(shí)必須考慮系統(tǒng)中其他部件對(duì)其的影響[1]。既然從設(shè)備方面無法查到振動(dòng)原因，就從系統(tǒng)方面檢查是否存在問題。從工業(yè)水用途來看，只有循環(huán)水泵的冷卻水流量相對(duì)穩(wěn)定(正常流量為70 t/h)，大量的雜用水和機(jī)組排水槽冷卻水、定排冷卻水均是間隔用水，而且水量瞬時(shí)變化值很大，最大流量達(dá)到150 t/h，造成工業(yè)水泵出口壓力、流量瞬時(shí)變化值大。如果只開1臺(tái)變頻泵，大流量時(shí)冷卻水量明顯不足，但開啟1臺(tái)變頻泵、1臺(tái)工頻泵，小流量時(shí)變頻泵由于轉(zhuǎn)速很低，電機(jī)冷卻風(fēng)扇(同軸風(fēng)扇)達(dá)不到冷卻效果，電機(jī)易發(fā)熱造成絕緣老化。因此，運(yùn)行時(shí)將工頻泵出口節(jié)流，降低工頻泵出口流量，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，將工頻泵出口閥開度調(diào)至8%左右系統(tǒng)就能自動(dòng)調(diào)節(jié)流量。但工頻泵開度減小會(huì)導(dǎo)致阻力增加，不適宜大范圍調(diào)節(jié)流量[2]；同時(shí)，工頻泵長(zhǎng)期處于低流量狀態(tài)運(yùn)行，設(shè)備效率降低，泵內(nèi)液體過熱，導(dǎo)致整個(gè)泵溫度過高，超過一定溫度后還會(huì)使軸承的潤(rùn)滑油變質(zhì)，而潤(rùn)滑不良會(huì)加劇振動(dòng)，造成軸承過度磨損、泵軸松動(dòng)、設(shè)備損壞。實(shí)際情況也表明，工頻泵極易損壞，檢修人工成本和備品成本增加。

4 對(duì)策

隨著電力工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行基本為無人值守狀態(tài)，靠遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，無法要求運(yùn)行人員在瞬時(shí)冷卻水流量變化大的工況下及時(shí)啟停和調(diào)節(jié)設(shè)備。工業(yè)水管道一般需維持0.5 MPa的壓力，目前的情況是泵流量、揚(yáng)程整體偏大，最簡(jiǎn)單的辦法是泵改型，或增加1臺(tái)變頻器，將工業(yè)水系統(tǒng)2臺(tái)運(yùn)行泵直接改成2臺(tái)變頻泵，根據(jù)母管壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)。但這2種方法均會(huì)導(dǎo)致費(fèi)用增加，泵換型時(shí)基礎(chǔ)還需要重新進(jìn)行澆筑。

表1 歷史振動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)Tab.1 Historical vibration detection data mm/s

工業(yè)水泵流量、揚(yáng)程裕量過大，導(dǎo)致能耗過大，無法正常使用。葉輪切割定律表明，針對(duì)某一葉輪，可通過切割其外徑來改變性能。對(duì)于低比轉(zhuǎn)速泵的葉輪，流量與外徑的2次方成正比，揚(yáng)程與直徑的2次方成正比，功率與直徑的4次方成正比。因此，減小葉輪直徑可降低葉輪的出口端速，直接降低傳遞到系統(tǒng)流體介質(zhì)上的能量，并且降低泵所產(chǎn)生的流量和揚(yáng)程，同時(shí)還能降低能耗。所以考慮對(duì)葉輪進(jìn)行切削，以達(dá)到適當(dāng)降低出口壓力、減小流量的目的。

經(jīng)計(jì)算，該泵比轉(zhuǎn)速約為60，適合低比轉(zhuǎn)速葉輪切削定律。通過計(jì)算，制作了外徑為190 mm的葉輪，將原來外徑為240 mm的葉輪作為其他變頻泵的備品。

更換葉輪后，從表1中2018年10月的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，振動(dòng)值已經(jīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

輔助轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)的原因很多，檢修時(shí)不能只注重解決表面問題，需要考慮整個(gè)系統(tǒng)。該燃機(jī)電站通過改變?nèi)~輪直徑適當(dāng)降低了水泵的出口壓力和流量，系統(tǒng)通過另外一臺(tái)變頻泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)滿足了工業(yè)水系統(tǒng)0.5 MPa壓力、瞬時(shí)流量變化大的需要，工頻泵電流由原來的50～52 A降至39～40 A，達(dá)到了節(jié)能的目的。