大型鍋爐水泵振動故障分析與診斷方法

張丹 鄒有序

摘要：鍋爐給水泵在運行中除了典型的出力不足、密封部件泄漏、軸瓦發(fā)熱等問題外，破壞性最大的就是振動問題。造成振動的因素較多，多個方面都有可能引起振動，本文簡單介紹給水泵的振動影響因素及處理辦法。

關(guān)鍵詞：鍋爐水泵；振動故障；診斷方法

引言

鍋爐給水泵是發(fā)電廠鍋爐供水最重要的輔助設(shè)備，給水泵振動過大會造成設(shè)備損壞，甚至造成鍋爐和汽輪機(jī)組停運，所以其安全可靠性尤為重要。

一、鍋爐給水泵結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)

某動力站鍋爐DG85 67X8給水泵為多級分段臥式離心泵，共兩臺，一用一各。為65t/h自各電站鍋爐輸送除氧水。單機(jī)試運時發(fā)現(xiàn)：泵661運行平穩(wěn)，各部位振動都不超標(biāo)；泵662振動異常，振幅從電機(jī)端到泵端依次增大。

泵662也只能作為緊急備用，即當(dāng)泵661出現(xiàn)故障需要檢修時才短時間頂用。同時又發(fā)現(xiàn)同等負(fù)荷下泵662比泵661電流稍高，且電機(jī)外端軸承溫度高、平衡盤磨損快。

給水泵介質(zhì)為除氧水、104～C，額定轉(zhuǎn)速2970r/min，給水泵額定流量85m3/h、揚程536m，電機(jī)功率220kW、電壓6000V、額定電流26.6A。1#軸承型號SKF6218；2#軸承型號NU218；3#、4#軸承為滑動軸承，內(nèi)徑60mm、寬度60mm。額定轉(zhuǎn)速時振動值≤30 u m（全振幅）。

二、機(jī)泵振動分析及診斷處理

2.1排查

（1）給水泵與電機(jī)對中不好。用雙表復(fù)查聯(lián)軸器對中值，軸向和徑向最大偏差為O.06mm，都在允差范圍內(nèi)?？梢耘懦嗽?。

（2）轉(zhuǎn)子與定子有碰擦現(xiàn)象，引起機(jī)泵振動。脫開聯(lián)軸器，單試電機(jī)，運行平穩(wěn)。將給水泵解體檢查，轉(zhuǎn)子與定子無碰擦磨損的痕跡，只是平衡盤有磨損，約O.8mm。這一因素可以排除。

（3）軸瓦間隙、潤滑油溫度等參數(shù)控制不當(dāng)。此次解體大修，嚴(yán)格按照《石油化工設(shè)備維護(hù)檢修規(guī)程》和該設(shè)備《安裝使用說明書》復(fù)查和調(diào)整了軸瓦間隙、瓦背緊力等，全部達(dá)到要求。潤滑油的牌號、溫度、黏度等都和泵661完全一樣，泵661已經(jīng)平穩(wěn)運行7年，所以振動原因也不在潤滑油上。

（4）轉(zhuǎn)子彎曲或存在動不平衡。解體后，首先對電機(jī)轉(zhuǎn)子和泵軸進(jìn)行了彎曲度檢測，結(jié)果電機(jī)轉(zhuǎn)子和泵軸最大徑向跳動為0.02mm和0.03mm，都不超標(biāo)。然后又將電機(jī)轉(zhuǎn)子和給水泵轉(zhuǎn)子（在泵軸上裝好所有葉輪、平衡盤、靠背輪等）外送進(jìn)行動平衡試驗，未發(fā)現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。

（5）半速渦動與油膜振蕩。渦動就是轉(zhuǎn)子軸在軸承做高速旋轉(zhuǎn)的同時，還環(huán)繞某一平衡中心做公轉(zhuǎn)運動。半速渦動就是軸徑公轉(zhuǎn)渦動頻率近似為轉(zhuǎn)速頻率的一半。資料介紹，半速渦動實際渦動頻率約為0.43～0.48倍轉(zhuǎn)速頻率。隨著轉(zhuǎn)速的升高，半速渦動成分的幅值逐漸增大，直至轉(zhuǎn)速升高到臨界轉(zhuǎn)速的兩倍附近時，渦動頻率與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速頻率相重合，于是，轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)發(fā)生激烈的油膜共振，也就是油膜振蕩。

通過認(rèn)真分析，發(fā)生油膜振蕩的可能性幾乎沒有。第一，機(jī)泵的額定轉(zhuǎn)速為2970r/min，機(jī)泵在該轉(zhuǎn)速以下無臨界轉(zhuǎn)速，所以不存在機(jī)泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速兩倍附近的條件，渦動頻率與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速頻率重合的現(xiàn)象不會出現(xiàn)；第二，潤滑油溫度和黏度對油膜振蕩影響很大，通過調(diào)節(jié)冷卻水流量改變潤滑油溫度和黏度試圖降低軸承振動值，結(jié)果收效甚微；第三，泵661與泵662在結(jié)構(gòu)尺寸、負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、潤滑、冷卻等方面完全一致，泵661能夠長期平穩(wěn)運行，證明產(chǎn)生油膜振蕩的可能性幾乎沒有。

（7）電機(jī)四個底角與底座接觸受力不均勻，俗稱“電機(jī)吊腳”。重新測量了電機(jī)底座的水平度，不超差。更換了備用電機(jī)，振動依然存在。每次松開一個電機(jī)地腳螺栓試運，振動值幾乎不變。由此可以排除此原因。

（8）用HG 8904C旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行頻譜分析。特征頻率以1×、4X為主，伴有3×、5×頻，同時存在2×和5×以上高頻，頻率顯示非常亂，似乎是由多種原因引起的振動。

但之前幾乎對可能引起機(jī)泵振動的所有原因都進(jìn)行了排除，更不可能同時存在造成振動的多種因素，問題的查找又一次陷入困境。

2.2分析

在此情況下，技術(shù)攻關(guān)小組決定換一個思路：先放棄振動原因的查找，轉(zhuǎn)而分析其他次要故障，如電機(jī)外端軸承溫度高、平衡盤磨損快、電流偏高等。首先檢查平衡系統(tǒng)，平衡盤問隙和硬度、平衡管和平衡孔及墊片直徑都沒問題。但平衡盤磨損快、電流大卻證明轉(zhuǎn)子的軸向力未得到有效平衡，是否有什么原因?qū)λ棉D(zhuǎn)子施加了額外機(jī)械力，于是把視線轉(zhuǎn)移到聯(lián)軸器上。泵662使用的是彈性柱銷聯(lián)軸器，經(jīng)過測量，兩個靠背輪之間的端面間隙為4.2mm，符合要求。在測量平衡盤問隙時，需要從靠背輪之間的端面間隙處撬動，使水泵轉(zhuǎn)子向高壓端移動，憑經(jīng)驗感覺需要的力過大，且有彈性。

圖1中的10個彈性柱銷（每個彈性柱銷都是由多個彈性體組合而成）分別與靠背輪上的孔配合，當(dāng)每個柱銷螺栓拔緊后，彈性柱銷在螺栓緊力的作用下變形，與孔抱緊，導(dǎo)致兩個靠背輪之間的軸向相對運動困難。后果是：

（1）當(dāng)機(jī)泵帶負(fù)荷運行時，隨著工作壓力的變化，在平衡系統(tǒng)的作用下，水泵轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)動態(tài)的軸向移動，正常情況下兩個靠背輪之間發(fā)生相對軸向位移，即水泵轉(zhuǎn)子軸向移動不會對電機(jī)轉(zhuǎn)子施加過大的軸向力。但在兩個靠背輪之間軸向相對運動困難的情況下，水泵平衡系統(tǒng)的軸向平衡力就會通過聯(lián)軸器傳遞給電機(jī)軸承，也就是說，聯(lián)軸器將電機(jī)轉(zhuǎn)子和水泵轉(zhuǎn)子強(qiáng)行拉向中間，由此在電機(jī)軸承和水泵平衡盤上都施加了一個額外的機(jī)械力。

（2）上述額外機(jī)械力抵消了部分平衡力，導(dǎo)致平衡盤與平衡板不能完全脫離，出現(xiàn)磨損。

（3）上述額外機(jī)械力也造成了電機(jī)1#軸承溫度升高。

（4）平衡盤機(jī)械摩擦是泵662電流偏高的原因。

（5）上述四個非正常狀態(tài)是機(jī)泵整體振動的原因。

2.3處理

（1）將10個彈性柱銷外徑車掉lmm，安裝試運，振動值有所下降，見到了效果，說明查找原因的思路是對的。

（2）逐漸減少10個彈性柱銷螺栓緊力，機(jī)泵振動值也隨之下降。

（3）將原彈性柱銷聯(lián)軸器更換為軸向、徑向補(bǔ)償性更好的金屬膜片聯(lián)軸器。至此機(jī)泵長期存在的振動等非正常狀態(tài)全部消除。

三、結(jié)束語

在此次查找多級分段臥式鍋爐給水泵662振動原因的過程中，雖然花費了較長的時間和精力，走了一些彎路，但也積累了一些多級離心泵檢修與維護(hù)方面的經(jīng)驗和教訓(xùn)，現(xiàn)歸納如下。

（1）引起多級分段臥式離心泵振動的原因很多，聯(lián)軸器彈性柱銷過緊雖然不是常見原因，若一旦發(fā)生，很難想到，必須引起重視，尤其是在常見原因都排除之后。

（2）當(dāng)多級泵振動，伴隨電機(jī)軸承溫度高、平衡盤磨損快、電流偏大等現(xiàn)象時，若確認(rèn)平衡系統(tǒng)無問題，就應(yīng)該考慮聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)與安裝是否合理。