盧錦煜

(中國石化上海石油化工股份有限公司熱電部，上海 200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)熱電部汽機(jī)聯(lián)合裝置的鍋爐給水泵，自2016年大修后投用以來，運行一直比較穩(wěn)定。2021年3月發(fā)現(xiàn)給水泵4的5#軸瓦的水平振動位移值為70 μm(預(yù)設(shè)的振動位移報警值為50 μm)，停泵后手動盤車無異常，開泵調(diào)整出力后振動無明顯好轉(zhuǎn)，檢查了軸瓦及聯(lián)軸器，仍未查到明顯的異?，F(xiàn)象。因此，委托專業(yè)的檢測公司對給水泵4運行的振動情況進(jìn)行檢測，檢測報告中顯示5#軸瓦的水平振動速度值為10.10 mm/s(預(yù)設(shè)振動速度報警值為7.10 mm/s)，泵無法投入正常運行。

針對引起軸系對中偏差的影響因素進(jìn)行逐項排查[1]，經(jīng)過多次振動檢測和分析，同時結(jié)合給水泵4的運行、檢修情況，采取了相應(yīng)的解決措施，最終找出了引起給水泵振動超標(biāo)的根本原因。通過拆除泵座、對4個泵座螺栓孔進(jìn)行擴(kuò)孔攻絲和配制專用螺栓，終于消除了導(dǎo)致5#軸瓦振動超標(biāo)的影響因素，5#軸瓦的水平振動速度值下降到1.4 mm/s。

1 設(shè)備概述

1.1 基本結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

給水泵4為DG270-140B型鍋爐給水泵，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。作為高壓50 kW機(jī)組或母管制給水系統(tǒng)的配套給水泵，給水泵主要由定子、轉(zhuǎn)子、平衡機(jī)構(gòu)、軸端密封和軸承等組成。泵體通過液力耦合器與電動機(jī)連接，轉(zhuǎn)子由10級葉輪組成；泵的進(jìn)水段、中段和出水段的靜止密封面由金屬面密封；整個轉(zhuǎn)子由兩端的滑動軸承來支撐；軸封采用填料密封結(jié)構(gòu)形式；泵體采用平衡盤轉(zhuǎn)向力對轉(zhuǎn)子進(jìn)行軸向定位。給水泵的基本參數(shù)見表1。

圖1 給水泵結(jié)構(gòu)示意

表1 給水泵的基本參數(shù)

續(xù)表1

1.2 安裝標(biāo)準(zhǔn)

給水泵的安裝需要注意對聯(lián)軸器復(fù)校中心，并測量推力間隙、軸瓦間隙。聯(lián)軸器中心允許偏差的標(biāo)準(zhǔn)：端面偏差小于0.06 mm，圓周偏差小于0.05 mm。考慮到液力耦合器的作用，端面偏差不變，圓周偏差為0.15～0.20 mm；推力間隙為±0.10 mm，當(dāng)止推盤工作面與止推塊接觸時，平衡盤與平衡套間隙為0.04～0.08 mm。泵軸瓦安裝標(biāo)準(zhǔn)：軸瓦緊力為±0.02 mm；軸瓦頂部間隙為0.080～0.195 mm，軸瓦兩側(cè)間隙為0.04～0.10 mm。

2 原因分析、對策實施和實施效果

2.1 原因分析

2021年3月發(fā)現(xiàn)給水泵4的5#軸瓦的水平振動位移值達(dá)到70 μm，振動位移值嚴(yán)重超標(biāo)，立即委托檢測單位對該給水泵組的各個軸瓦進(jìn)行測振，給水泵組的各測點如圖2所示，振動測量數(shù)據(jù)見表2。

圖2 給水泵組各測點示意

表2 各測點的振動速度值 mm/s

從表2可以看出：電機(jī)側(cè)軸瓦振動速度最大值為2.82 mm/s，電機(jī)振動速率未超標(biāo)；液力耦合器兩側(cè)軸瓦振動速度最大值為4.85 mm/s，其軸向振動速度值也偏大；泵側(cè)軸瓦振動速度最大值為9.41 mm/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了標(biāo)準(zhǔn)振動速度上限值7.10 mm/s。這一現(xiàn)象表明，該給水泵組的主要振動源不是來自電機(jī)側(cè)，而是來自泵側(cè)。為了進(jìn)一步確認(rèn)振動超標(biāo)的故障原因，對振動速度值較大的測點5、6進(jìn)行頻譜分析。

頻譜分析報告顯示：垂直方向的主要振動頻率為工頻和2倍頻，且2倍頻分量大于工頻分量；水平方向的主要振動頻率仍為工頻和2倍頻，但以工頻為主；軸向的主要振動頻率也集中在工頻和2倍頻，但它們對應(yīng)的幅值相近且不大。軸向除工頻分量高外，還存在7倍頻分量略高于工頻分量的情形。另外，軸向振動速率頻譜圖中也存在高次諧波和分?jǐn)?shù)諧波成分，但幅值不高，總體狀況良好。

由頻譜分析結(jié)果可知，液力耦合器和泵疑似存在不對中的現(xiàn)象，除此之外，可能還存在機(jī)械松動的故障。結(jié)合表1的數(shù)據(jù)來看，泵水平方向的振動遠(yuǎn)大于垂直方向的振動，懷疑其水平方向的剛性較差。另外，建議對聯(lián)軸器進(jìn)行檢查并復(fù)校中心，同時檢查軸承蓋及支座、軸瓦和基礎(chǔ)螺栓是否存在松動的跡象。

在給水泵開啟出口閥門前后，測點5、6分別采集了兩組數(shù)據(jù)，振動測量數(shù)據(jù)見表3。

表3 出口閥門開啟前后測點5、6的振動速度值 mm/s

表3數(shù)據(jù)表明：在出口閥門開啟前后，泵側(cè)的振動無明顯變化，且振動最大點在泵的5#軸瓦處，說明出口管道對給水泵組的振動影響較小。

根據(jù)頻譜分析報告，決定停泵進(jìn)行檢查。在給水泵解體檢查時發(fā)現(xiàn)：①測點5處(低壓側(cè))軸瓦鎢金發(fā)生脫落現(xiàn)象，如圖3所示；②聯(lián)軸器柱銷損壞較嚴(yán)重。經(jīng)討論后采取以下改進(jìn)措施：①更換新的軸瓦，保證泵的動靜間隙正常；②更換新的聯(lián)軸器彈性柱銷，保證泵和電機(jī)的中心位置準(zhǔn)確。

圖3 軸瓦鎢金脫落

采取上述措施后，檢查液力耦合器處靠背輪晃度并復(fù)校中心。對中合格后進(jìn)行試車，發(fā)現(xiàn)泵側(cè)軸瓦振動速度值仍偏高。停泵，再次復(fù)校中心，此時聯(lián)軸器端面偏差為0.42 mm，圓周偏差為0.80 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了聯(lián)軸器中心允許偏差范圍，且與試車前的對中數(shù)據(jù)相差甚遠(yuǎn)。由于頻譜分析報告顯示泵水平方向的剛性較差，懷疑泵座與泵體間的4個連接螺栓存在松動跡象，用手觸碰后發(fā)現(xiàn)緊固后的連接螺栓左右晃動，細(xì)致觀察后發(fā)現(xiàn)泵座螺栓孔螺牙磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致螺栓緊力明顯不夠，如圖4所示。

圖4 泵座螺栓孔螺牙磨損

2.2 改進(jìn)措施

泵座螺栓孔螺牙磨損后，螺栓開始松動，這將直接影響預(yù)緊力的大小。沒有預(yù)緊或預(yù)緊力不夠，螺栓會失去泵座和泵體間的連接作用，因此緊固螺栓時，必須對預(yù)緊力和緊固扭矩加以控制。當(dāng)螺栓擰緊時，在軸向預(yù)緊力F0的作用下，螺栓會產(chǎn)生拉伸應(yīng)力σ；同時在扭轉(zhuǎn)力矩(T)的作用下，螺栓會產(chǎn)生剪切應(yīng)力τ，如圖5所示。因此，螺栓緊固時會受到拉伸與剪切的復(fù)合應(yīng)力σ1的作用，其受力狀況應(yīng)用第四強(qiáng)度理論進(jìn)行分析。

(a)拉伸應(yīng)力 (b)剪切應(yīng)力

螺栓擰緊時，若要保證螺栓不被拉長或扭轉(zhuǎn)而失效，其強(qiáng)度條件應(yīng)滿足：

[σ]≥σ1=1.3σ，式中[σ]為許用應(yīng)力。

給水泵的泵座與泵體通過4個種植螺栓連接，該螺栓為外六角螺栓，且均勻分布在泵座的左右兩側(cè)。當(dāng)給水泵的泵軸發(fā)生較大的振動時，泵軸在泵座中心會集中施加軸向工作載荷P和旋轉(zhuǎn)力矩M。對單個螺栓進(jìn)行受力分析，如圖6所示。

圖6 螺栓受外界載荷作用時的受力分析

由二力合成原理及余弦定理，可得合成后的工作載荷F3：

泵座螺栓孔的內(nèi)螺紋為M42 mm×3 mm的細(xì)牙螺紋。經(jīng)查閱五金手冊及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可知：螺栓強(qiáng)度為8.8級、公稱直徑為M42 mm的外六角螺栓，其預(yù)緊力和緊固扭矩分別為526 kN和3 950 Nm；螺栓強(qiáng)度為8.8級、公稱直徑為M45 mm的外六角螺栓，其預(yù)緊力和緊固扭矩則分別為616 kN和4 950 Nm。因此，決定對4個泵座螺栓孔進(jìn)行擴(kuò)孔攻絲，配制M45 mm×3 mm的專用種植螺栓，提高螺栓的預(yù)緊力和緊固扭矩。

2.3 實施效果

改進(jìn)措施實施后，泵座外修返廠,然后就位安裝。安裝完成后，對泵的裝配質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)測，測量數(shù)據(jù)如下：端面偏差為0.02 mm，圓周偏差為0.20 mm(如圖7所示)；推力間隙為0.10 mm，平衡盤工作端面的軸向跳動為0.02 mm。泵軸瓦及其螺栓安裝要求：軸瓦緊力為0.01 mm；軸瓦頂部間隙為0.18 mm，軸瓦兩側(cè)間隙為0.08 mm；推力盤安裝后竄動量為2.9 mm，轉(zhuǎn)子總竄動量為6.36 mm，符合給水泵安裝標(biāo)準(zhǔn)。

圖7 聯(lián)軸器復(fù)校中心

2021年4月給水泵4再次啟動并試重車，對該給水泵組的各個軸瓦進(jìn)行振動測試，測量數(shù)據(jù)表明各個軸瓦的振動速度值均明顯下降，具體數(shù)據(jù)見表4。其中，5#軸瓦的水平振動速度值下降到1.4 mm/s，說明該給水泵組的運行狀況良好。

表4 各測點的振動速度值 mm/s

3 結(jié)語

影響給水泵振動故障的因素較多，對測振數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，制定合理的檢修方案。通過解體檢修，找到造成振動超標(biāo)的核心因素所在，然后采取行之有效的處理措施：對泵座螺栓孔進(jìn)行擴(kuò)孔攻絲，保證足夠的螺栓緊力；通過更換聯(lián)軸器彈性柱銷和軸瓦，保證泵的中心位置和動靜間隙正常。上述處理措施嚴(yán)格執(zhí)行后，消除了導(dǎo)致泵振動超標(biāo)的核心因素，解決了泵振動故障的難題，保證了泵的安全平穩(wěn)運行。