張君輝

（上海航天動力科技工程有限公司，上海 200233）

0 引言

高壓鍋爐給水泵是電廠中十分重要的設(shè)備之一，如果其出現(xiàn)故障，則會直接導致電廠停產(chǎn)。振動值是高壓鍋爐給水泵能否長期健康運行的重要指標，振動超差嚴重威脅電廠生產(chǎn)安全，監(jiān)測并分析振動值，可以保障高壓鍋爐給水泵健康長久運行。

振動問題十分復雜，分析解決振動問題時應該綜合考慮各個方面，盡量做到以最小的代價解決問題。當出現(xiàn)振動超差時要及時分析振動超差原因，在振動尚未沒有引起事故前及時將其解決處理。

1 設(shè)備概述

電廠中高壓鍋爐給水泵的作用是將除氧器儲水箱內(nèi)具有一定溫度、除過氧的水，提高壓力后輸送給鍋爐，以滿足鍋爐用水的需要。某電廠使用3 臺高壓鍋爐給水泵，設(shè)計使用工況為二用一備。該水泵為臥式多級離心泵，額定流量為150 m3/h，額定揚程為985 m，額定轉(zhuǎn)速為2990 r/min，配用高壓電機功率710 kW。

3 臺鍋爐給水泵運行調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，3#水泵驅(qū)動端水平方向出現(xiàn)振動嚴重超差現(xiàn)象，其他方向振動都正常，判斷振動值是否合格的依據(jù)是GB/T 29531—2013《泵的振動測量與評價方法》中A 級標準，此泵屬于GB/T 29531—2013 中第三類，在A 級標準中泵組最大振動值不能超過1.8 mm/s。電廠使用的檢測振動儀器是手持式簡便測振儀，測試時水泵流量為155 m3/h、揚程為980 m。表1 是調(diào)試時水泵振動值記錄。

由表1 可以看出，水泵驅(qū)動端水平方向振動值嚴重超差，在此情況下水泵不能長期運行，影響電廠安全生產(chǎn)。電廠維修班組和水泵生產(chǎn)廠家對水泵同軸度、動平衡進行檢查，檢查發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器同軸度平行為0.08 mm，角度為0.09 mm，動平衡值為21 g，基本在可用范圍之內(nèi)。為了解決振動問題，廠家把轉(zhuǎn)子動平衡做到3 g，重新安裝后同軸度水平和角度調(diào)整到0.04 mm，重新開機測試水泵驅(qū)動端水平方向振動值為8.5 mm/s，幾乎沒有什么變化，可見振動超差不是同軸度和動平衡的原因。

表1 3#水泵調(diào)試振動值記錄 mm/s

2 結(jié)合頻譜分析技術(shù)分析振動原因

該水泵生產(chǎn)廠家與上海航天動力科技工程有限公司在進行機泵健康診斷方面的合作研究，得知此案列后，相關(guān)技術(shù)人員帶著傳感器和便攜式機泵健康診斷分析系統(tǒng)到該電廠進行振動原因的查找工作。

到達現(xiàn)場后首先對振動參數(shù)進行測試，振動特征值與表1一致，此外還測試了泵底腳、基礎(chǔ)、管道振動值以及泵底腳、基礎(chǔ)、管道振動值。由表2 可以看出，水泵驅(qū)動端底腳水平方向相比其他位置有點偏大，但是也在合格范圍內(nèi)。由此可以判斷，振動不是由基礎(chǔ)和管道引起的。

表2 3#水泵其他振動值記錄 mm/s

測試泵實際轉(zhuǎn)速為2992 r/min，測試記錄各個方向振動頻譜圖。由于泵軸承處其他值都處于優(yōu)的范圍內(nèi)，圖1 只給出泵驅(qū)動端水平方向振動頻譜圖。

圖1 泵驅(qū)動端水平方向頻譜圖

由圖1 可以看出，此泵振動主要是由1 倍頻49.87 Hz 引起。根據(jù)經(jīng)驗，引起1 倍頻振動超標的常見原因有以下5 個。

（1）聯(lián)軸器同軸度超標。同軸度超標包括平行不同軸、角度不同軸和綜合不同軸3 種故障，其中綜合不同軸是平行不同軸和角度不同軸同時存在，這3 種故障都能引起1 倍頻超標并且非常常見，3#水泵開始存在綜合不同軸問題，但是經(jīng)過調(diào)整好振動沒有改善，可以說明不是同軸度的問題。

（2）轉(zhuǎn)子不平衡。轉(zhuǎn)子不平衡是泵振動的常見原因，相關(guān)統(tǒng)計泵振動故障70%左右都由不平衡引起，轉(zhuǎn)子不平衡的主要振動特征是1 倍頻振動大，并且是1 倍頻振動遠遠大于其他頻率，一般是驅(qū)動端和非驅(qū)動端振動同時存在，本列中振動特征符合轉(zhuǎn)子不平衡特點，但是轉(zhuǎn)子做完動平衡后并沒有解決問題，可見此次故障不是動平衡引起，其實本例中只有驅(qū)動端振動較大，沒有必要立即拆泵去做動平衡，多級泵由于級數(shù)較多拆解很費時間并且難度較大，應該先驗證排除那些好處理的故障，本次事故水泵生產(chǎn)廠家就對水泵拆解進行了動平衡浪費了很多時間和人力物力。

（3）基礎(chǔ)或者連接螺栓松動?；A(chǔ)或者連接螺栓松動能夠引起1 倍頻振動大，一般同時也會引起0.5 倍頻、1.5 倍頻、2.5 倍頻之一的振動大。對3#水泵基礎(chǔ)和連接螺栓進行了緊固，沒有發(fā)現(xiàn)松動問題，排除此項故障。

（4）底腳未調(diào)平。由于底座加工表面或者泵、電機底腳加工存在問題時，需要安裝時對泵和電機加墊片進行調(diào)平，如果調(diào)平不合格時會引起1 倍頻振動大現(xiàn)象，根據(jù)表2 測試記錄，3#水泵驅(qū)動端底腳振動大，有很大可能存在底腳未調(diào)平問題，為了驗證和排除此項故障，對3#水泵進行調(diào)整，松開4 棵底腳螺栓，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動端右側(cè)螺栓松開和緊固時對聯(lián)軸器同軸度有0.15 mm 影響，因此可以判定此底腳存在問題，此處底腳加入合適墊片后，在泵聯(lián)軸器處架設(shè)百分表，當緊固和松開4 棵底腳螺栓百分表讀數(shù)變化小于0.03 mm 時說明調(diào)平成功。調(diào)平成功后再次開機進行測試，泵驅(qū)動端水平方向振動值下降到7.5 mm/s，說明底腳未調(diào)平是引起振動的原因之一，但不是振動值超標的根本原因，因為頻譜圖的1 倍頻十分突出。

（5）軸彎曲。軸彎曲一般能引起1 倍頻軸向振動大，并且本次泵做動平衡時對轉(zhuǎn)子打過跳動，轉(zhuǎn)子跳動值是0.06 mm，在技術(shù)要求范圍內(nèi)，可以排除軸彎曲的原因。

3#泵本次調(diào)試振動值超標，由測量值來看，好像只是一個簡單的1 倍頻振動超標，但是可以排除常見的5 種1 倍頻故障問題，所以需要進一步研究分析振動的原因。

3 振動最終原因查找和解決措施

由于3#水泵只有在驅(qū)動端水平方向1 倍頻振動超標，其他方向都能達到標準要求的A 級水平，說明3#泵振動應該由驅(qū)動端引起，上面查找原因時已經(jīng)排除了常見的引起1 倍頻振動超標的原因，現(xiàn)在懷疑故障可能由聯(lián)軸器引起。

本臺水泵使用的是彈性柱銷聯(lián)軸器，拆掉柱銷后，對聯(lián)軸器各加工尺寸進行測量，聯(lián)軸器各加工尺寸都在合格范圍內(nèi)，在測量時發(fā)現(xiàn)水泵泵軸聯(lián)軸器柱銷孔間距d 不一致。用游標卡尺測量，測量泵軸聯(lián)軸器柱銷孔間距最大處為56.9 mm，最小處為56.2 mm，誤差為0.7 mm（圖2）。聯(lián)軸器柱銷孔間距測量一般是小于0.2 mm 為合格（如果聯(lián)軸器是人工用普通鉆床加工的一般可放寬到0.3 mm），3#水泵泵聯(lián)軸器誤差為0.7 mm，為嚴重超標。這種誤差超標可能是加工時工裝松動導致的。此次3#水泵振動超標有可能是柱銷孔間距超差導致，需要對其進行更換測試。

新泵聯(lián)軸器發(fā)到現(xiàn)場后，測量間距誤差為0.2 mm，更換泵聯(lián)軸器并將聯(lián)軸器同軸度調(diào)整到0.05 mm后開機測試，振動值全部達到國家A 級標準，其中泵驅(qū)動端水平方向振動值為0.8 mm/s（表3）。振動值合格后的水泵驅(qū)動端水平振動值頻譜圖如圖3 所示。

圖2 聯(lián)軸器柱銷孔間距d 測量

表3 更換聯(lián)軸器后3#水泵調(diào)試振動值記錄 mm/s

圖3 更換聯(lián)軸器后水泵驅(qū)動端水平方向振動頻譜圖

高壓鍋爐給水泵的正常運行，為電廠按時投產(chǎn)提供了保障。

4 故障再現(xiàn)試驗及故障特點總結(jié)

本次高壓鍋爐給水泵振動問題是由于泵聯(lián)軸器柱銷孔間距超差導致，目前對于聯(lián)軸器柱銷孔間距超差引起水泵故障的研究和試驗還很少有人做，為了確定聯(lián)軸器柱銷孔加工誤差對水泵振動的影響程度，和此故障的表現(xiàn)形式，方便以后解決振動問題參考，上海航天動力科技工程有限公司決定和水泵生產(chǎn)廠家合作，在水泵生產(chǎn)廠家水泵試驗臺進行聯(lián)軸器柱銷孔間距超差故障再現(xiàn)試驗。

本次試驗針對臥式多級離心泵、臥式雙吸離心泵兩種泵型各2個泵型號，使用柱銷孔誤差聯(lián)軸器數(shù)據(jù)為0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm、0.6 mm 和0.8 mm 共5 種。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)：

（1）聯(lián)軸器柱銷孔誤差對雙吸泵和多級泵有不同影響，多級泵影響更大，誤差0.3 mm 及以上時振動快速加大，雙吸泵0.5 mm 及以上開始快速變大。

（2）振動頻譜主要以1 倍頻為主。

（3）柱銷孔間距誤差引起的振動都是水泵驅(qū)動端振動大，非驅(qū)動端振動處于合格范圍內(nèi)或者基本是驅(qū)動端的1/2 以下。

（4）電機振動特征同水泵。

由以上可以得出，水泵或電機驅(qū)動端振動較大并且非驅(qū)動振動不大時即可以考慮存在聯(lián)軸器柱銷孔超差故障，有測量頻譜條件時可以測量振動較大方向頻譜，此故障以1 倍頻為主，由于對不同規(guī)格水泵柱銷孔偏差影響有區(qū)別，假如出現(xiàn)了驅(qū)動端振動較大而非驅(qū)動端振動不大現(xiàn)象時，即便柱銷孔間距誤差只有0.3 mm 也應該更換為誤差0.2 mm 以下聯(lián)軸器測試。

以上試驗結(jié)果特征寫入上海航天動力科技工程有限公司機泵健康診斷系統(tǒng)故障庫，這樣機泵健康診斷系統(tǒng)監(jiān)測運行水泵振動時可以根據(jù)監(jiān)測振動結(jié)果自動給出診斷結(jié)果。

5 總結(jié)

泵的振動通常是一項復雜和難解決的問題，其誘因包括機械、管道、基礎(chǔ)、水力和電力等方面，如果沒有足夠的經(jīng)驗和合理的分析方法，就會出現(xiàn)誤判并浪費大量的時間和財力。本例中開始就懷疑動平衡有問題，急于選擇拆解多級高壓鍋爐給水泵做動平衡，浪費了時間和工作還沒有解決問題。后來通過頻譜分析和相關(guān)經(jīng)驗相結(jié)合，分析并找出了產(chǎn)生振動的根本原因是聯(lián)軸器孔間距加工誤差，通過更換合格聯(lián)軸器解決了此次振動問題，以最短的時間和最小的經(jīng)濟代價完成了此次事故處理。本次處理事故后及時對該故障進行故障再現(xiàn)試驗，總結(jié)出此類故障振動特征，便于同類事故參考，同時完善了上海航天動力科技工程有限公司機泵健康診斷系統(tǒng)故障庫，具有積極意義。