電廠高壓鍋爐給水泵振動(dòng)原因分析及解決措施

張君輝

（上海航天動(dòng)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(huì)直接導(dǎo)致電廠停產(chǎn)。振動(dòng)值是高壓鍋爐給水泵能否長期健康運(yùn)行的重要指標(biāo)，振動(dòng)超差嚴(yán)重威脅電廠生產(chǎn)安全，監(jiān)測并分析振動(dòng)值，可以保障高壓鍋爐給水泵健康長久運(yùn)行。

振動(dòng)問題十分復(fù)雜，分析解決振動(dòng)問題時(shí)應(yīng)該綜合考慮各個(gè)方面，盡量做到以最小的代價(jià)解決問題。當(dāng)出現(xiàn)振動(dòng)超差時(shí)要及時(shí)分析振動(dòng)超差原因，在振動(dòng)尚未沒有引起事故前及時(shí)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(chǔ)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(tái)高壓鍋爐給水泵，設(shè)計(jì)使用工況為二用一備。該水泵為臥式多級(jí)離心泵，額定流量為150 m3/h，額定揚(yáng)程為985 m，額定轉(zhuǎn)速為2990 r/min，配用高壓電機(jī)功率710 kW。

3 臺(tái)鍋爐給水泵運(yùn)行調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，3#水泵驅(qū)動(dòng)端水平方向出現(xiàn)振動(dòng)嚴(yán)重超差現(xiàn)象，其他方向振動(dòng)都正常，判斷振動(dòng)值是否合格的依據(jù)是GB/T 29531—2013《泵的振動(dòng)測量與評價(jià)方法》中A 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，此泵屬于GB/T 29531—2013 中第三類，在A 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中泵組最大振動(dòng)值不能超過1.8 mm/s。電廠使用的檢測振動(dòng)儀器是手持式簡便測振儀，測試時(shí)水泵流量為155 m3/h、揚(yáng)程為980 m。表1 是調(diào)試時(shí)水泵振動(dòng)值記錄。

由表1 可以看出，水泵驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)值嚴(yán)重超差，在此情況下水泵不能長期運(yùn)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(dòng)平衡進(jìn)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(dòng)平衡值為21 g，基本在可用范圍之內(nèi)。為了解決振動(dòng)問題，廠家把轉(zhuǎn)子動(dòng)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(jī)測試水泵驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)值為8.5 mm/s，幾乎沒有什么變化，可見振動(dòng)超差不是同軸度和動(dòng)平衡的原因。

表1 3#水泵調(diào)試振動(dòng)值記錄 mm/s

2 結(jié)合頻譜分析技術(shù)分析振動(dòng)原因

該水泵生產(chǎn)廠家與上海航天動(dòng)力科技工程有限公司在進(jìn)行機(jī)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(jī)泵健康診斷分析系統(tǒng)到該電廠進(jìn)行振動(dòng)原因的查找工作。

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

表2 3#水泵其他振動(dòng)值記錄 mm/s

測試泵實(shí)際轉(zhuǎn)速為2992 r/min，測試記錄各個(gè)方向振動(dòng)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(dòng)端水平方向振動(dòng)頻譜圖。

圖1 泵驅(qū)動(dòng)端水平方向頻譜圖

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

（1）聯(lián)軸器同軸度超標(biāo)。同軸度超標(biāo)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(shí)存在，這3 種故障都能引起1 倍頻超標(biāo)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(dòng)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(dòng)的常見原因，相關(guān)統(tǒng)計(jì)泵振動(dòng)故障70%左右都由不平衡引起，轉(zhuǎn)子不平衡的主要振動(dòng)特征是1 倍頻振動(dòng)大，并且是1 倍頻振動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他頻率，一般是驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)同時(shí)存在，本列中振動(dòng)特征符合轉(zhuǎn)子不平衡特點(diǎn)，但是轉(zhuǎn)子做完動(dòng)平衡后并沒有解決問題，可見此次故障不是動(dòng)平衡引起，其實(shí)本例中只有驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)較大，沒有必要立即拆泵去做動(dòng)平衡，多級(jí)泵由于級(jí)數(shù)較多拆解很費(fèi)時(shí)間并且難度較大，應(yīng)該先驗(yàn)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(jìn)行了動(dòng)平衡浪費(fèi)了很多時(shí)間和人力物力。

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

（4）底腳未調(diào)平。由于底座加工表面或者泵、電機(jī)底腳加工存在問題時(shí)，需要安裝時(shí)對泵和電機(jī)加墊片進(jìn)行調(diào)平，如果調(diào)平不合格時(shí)會(huì)引起1 倍頻振動(dòng)大現(xiàn)象，根據(jù)表2 測試記錄，3#水泵驅(qū)動(dòng)端底腳振動(dòng)大，有很大可能存在底腳未調(diào)平問題，為了驗(yàn)證和排除此項(xiàng)故障，對3#水泵進(jìn)行調(diào)整，松開4 棵底腳螺栓，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端右側(cè)螺栓松開和緊固時(shí)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(dāng)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(shí)說明調(diào)平成功。調(diào)平成功后再次開機(jī)進(jìn)行測試，泵驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)值下降到7.5 mm/s，說明底腳未調(diào)平是引起振動(dòng)的原因之一，但不是振動(dòng)值超標(biāo)的根本原因，因?yàn)轭l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(dòng)大，并且本次泵做動(dòng)平衡時(shí)對轉(zhuǎn)子打過跳動(dòng)，轉(zhuǎn)子跳動(dòng)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(dòng)值超標(biāo)，由測量值來看，好像只是一個(gè)簡單的1 倍頻振動(dòng)超標(biāo)，但是可以排除常見的5 種1 倍頻故障問題，所以需要進(jìn)一步研究分析振動(dòng)的原因。

3 振動(dòng)最終原因查找和解決措施

由于3#水泵只有在驅(qū)動(dòng)端水平方向1 倍頻振動(dòng)超標(biāo)，其他方向都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的A 級(jí)水平，說明3#泵振動(dòng)應(yīng)該由驅(qū)動(dòng)端引起，上面查找原因時(shí)已經(jīng)排除了常見的引起1 倍頻振動(dòng)超標(biāo)的原因，現(xiàn)在懷疑故障可能由聯(lián)軸器引起。

本臺(tái)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(jìn)行測量，聯(lián)軸器各加工尺寸都在合格范圍內(nèi)，在測量時(shí)發(fā)現(xiàn)水泵泵軸聯(lián)軸器柱銷孔間距d 不一致。用游標(biāo)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(yán)重超標(biāo)。這種誤差超標(biāo)可能是加工時(shí)工裝松動(dòng)導(dǎo)致的。此次3#水泵振動(dòng)超標(biāo)有可能是柱銷孔間距超差導(dǎo)致，需要對其進(jìn)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(jī)測試，振動(dòng)值全部達(dá)到國家A 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中泵驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)值為0.8 mm/s（表3）。振動(dòng)值合格后的水泵驅(qū)動(dòng)端水平振動(dòng)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(dòng)值記錄 mm/s

圖3 更換聯(lián)軸器后水泵驅(qū)動(dòng)端水平方向振動(dòng)頻譜圖

高壓鍋爐給水泵的正常運(yùn)行，為電廠按時(shí)投產(chǎn)提供了保障。

4 故障再現(xiàn)試驗(yàn)及故障特點(diǎn)總結(jié)

本次高壓鍋爐給水泵振動(dòng)問題是由于泵聯(lián)軸器柱銷孔間距超差導(dǎo)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(yàn)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(dòng)的影響程度，和此故障的表現(xiàn)形式，方便以后解決振動(dòng)問題參考，上海航天動(dòng)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(yàn)臺(tái)進(jìn)行聯(lián)軸器柱銷孔間距超差故障再現(xiàn)試驗(yàn)。

本次試驗(yàn)針對臥式多級(jí)離心泵、臥式雙吸離心泵兩種泵型各2個(gè)泵型號(hào)，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(jí)泵有不同影響，多級(jí)泵影響更大，誤差0.3 mm 及以上時(shí)振動(dòng)快速加大，雙吸泵0.5 mm 及以上開始快速變大。

（2）振動(dòng)頻譜主要以1 倍頻為主。

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

（4）電機(jī)振動(dòng)特征同水泵。

由以上可以得出，水泵或電機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)較大并且非驅(qū)動(dòng)振動(dòng)不大時(shí)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(shí)可以測量振動(dòng)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(dòng)端振動(dòng)較大而非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)不大現(xiàn)象時(shí)，即便柱銷孔間距誤差只有0.3 mm 也應(yīng)該更換為誤差0.2 mm 以下聯(lián)軸器測試。

以上試驗(yàn)結(jié)果特征寫入上海航天動(dòng)力科技工程有限公司機(jī)泵健康診斷系統(tǒng)故障庫，這樣機(jī)泵健康診斷系統(tǒng)監(jiān)測運(yùn)行水泵振動(dòng)時(shí)可以根據(jù)監(jiān)測振動(dòng)結(jié)果自動(dòng)給出診斷結(jié)果。

5 總結(jié)

泵的振動(dòng)通常是一項(xiàng)復(fù)雜和難解決的問題，其誘因包括機(jī)械、管道、基礎(chǔ)、水力和電力等方面，如果沒有足夠的經(jīng)驗(yàn)和合理的分析方法，就會(huì)出現(xiàn)誤判并浪費(fèi)大量的時(shí)間和財(cái)力。本例中開始就懷疑動(dòng)平衡有問題，急于選擇拆解多級(jí)高壓鍋爐給水泵做動(dòng)平衡，浪費(fèi)了時(shí)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(yàn)相結(jié)合，分析并找出了產(chǎn)生振動(dòng)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(dòng)問題，以最短的時(shí)間和最小的經(jīng)濟(jì)代價(jià)完成了此次事故處理。本次處理事故后及時(shí)對該故障進(jìn)行故障再現(xiàn)試驗(yàn)，總結(jié)出此類故障振動(dòng)特征，便于同類事故參考，同時(shí)完善了上海航天動(dòng)力科技工程有限公司機(jī)泵健康診斷系統(tǒng)故障庫，具有積極意義。