火電機組汽動給水泵動靜碰摩引起的振動分析

宋亞軍 ，馬玉柱，劉雙白

(1.國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院(華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司)，北京，100045;2.中國華能.北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司.錫林郭勒熱電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古，026000)

0 前 言

汽動給水泵是火力發(fā)電廠的重要輔助設(shè)備，水泵的穩(wěn)定運行保證了鍋爐給水系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)[1]。驅(qū)動給水泵的汽輪機一般稱為小汽機，如果在運行過程中發(fā)生小汽機或給水泵軸承振動大(已影響安全運行)的情況，則需要停泵處理，發(fā)電機組的出力也會隨之下降甚至停機，從而帶來巨大的經(jīng)濟損失。因此，保證汽動給水泵的正常運行具有重要意義。

本文針對某國產(chǎn)660 MW火電機組汽動給水泵3號軸承測點振動大的情況，詳細分析了振動原因，制定了振動處理方案，成功解決了該給水泵3號軸承的振動大的問題，為同類型給水泵軸承的振動處理提供了借鑒與參考。

1 振動情況描述

1.1 汽動給水泵軸系結(jié)構(gòu)

發(fā)電機組為國產(chǎn)660 MW高效超超臨界間接空冷發(fā)電機組，機組配備單臺100%出力的汽動給水泵。該汽動給水泵運行轉(zhuǎn)速范圍為2600～5 800 r/min，軸功率為21 073.2 kW，關(guān)閉壓頭為4 718 m。小汽機帶動給水泵和前置泵同軸運行，具體軸系結(jié)構(gòu)如圖1所示。小汽機兩側(cè)分別為1號軸承和2號軸承，給水泵兩側(cè)分別為3號軸承和4號軸承，前置泵兩側(cè)分別為5號軸承和6號軸承。

圖1 某廠汽動給水泵軸系結(jié)構(gòu)示意圖

汽動給水泵的油擋將軸承潤滑油與外界隔離，起著防止?jié)櫥鸵绯龅淖饔?。目前，火電機組汽動給水泵所用油擋的型式大多為迷宮式油擋。該機組的油擋型式即為迷宮式，其材質(zhì)為ZALZn11Si7，油擋的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 汽動給水泵油擋實物圖

1.2 給水泵3瓦振動情況

該泵3瓦振動在機組正常運行過程中發(fā)生過兩次波動，第一次波動從28 μm波動至43 μm，然后恢復(fù)正常值，整個波動周期為13 min。第二次波動從28 μm波動至100 μm以上并直達跳機值，波動時間為7 min左右。

通過查找DCS(Distributed Control System，集散控制系統(tǒng))歷史數(shù)據(jù)，取兩次振動波動的趨勢圖如圖3所示。

圖3 汽動給水泵3瓦振動趨勢圖(DCS)

根據(jù)DCS曲線時間，查找TDM(Turbine Dignosis Management，旋轉(zhuǎn)機械診斷監(jiān)測管理系統(tǒng))數(shù)據(jù)。在機組正常運行并且負荷較為穩(wěn)定期間，3瓦振動出現(xiàn)波動現(xiàn)象之前，各測點振動列表如表1所示。

表1 給水泵3瓦軸承振動波動列表

由表1可見，小汽機兩側(cè)的1瓦、2瓦振動均以一倍頻為主，給水泵3瓦的振動一倍頻未占主要成分，4瓦至6瓦振動一倍頻均未占主要成分。由于4瓦至6瓦振動較為穩(wěn)定，通頻振動未發(fā)生波動，故在此僅單獨分析3瓦振動的頻譜，頻譜圖如圖4所示?？梢姡?瓦振動除了1倍頻，還有少量2倍頻，通頻振動以5倍頻為主。

圖4 機組正常運行期間3瓦頻譜分析

通過查找振動波動期間的TDM數(shù)據(jù)，取趨勢圖上部分時間點3瓦X向的振動值，將數(shù)據(jù)列成表格如表2所示。3瓦X向振動在波動期間，2瓦和4瓦的振動數(shù)據(jù)保持平穩(wěn)，未有明顯變化，故列表中未列出。由表2數(shù)據(jù)可見，3瓦X向振動在波動至100 μm時，振動以一倍頻為主，可見振動波動成分主要是一倍頻振動分量，其它振動成分變化不大。

表2 給水泵3X振動波動列表

2 振動處理情況

本文根據(jù)上述振動數(shù)據(jù)情況，分析認為：3瓦振動在波動時，2瓦與4瓦振動值均較為平穩(wěn)，并且3瓦振動波動分量主要是一倍頻分量。根據(jù)振動專業(yè)知識和相關(guān)文獻，在大致排除了油膜渦動、水流激振等情況后[2-4]，懷疑3瓦處發(fā)生了動靜碰摩，建議立即停機檢查，并重點關(guān)注3瓦處的油擋等可能發(fā)生動靜碰摩的部位。

2.1 設(shè)備檢查情況

機組停運后，快速進行了3瓦檢查。檢查發(fā)現(xiàn)油擋套與靜止部位已經(jīng)發(fā)生了較為嚴重的摩擦。發(fā)生動靜碰摩的原因為油擋套發(fā)生了斷裂，具體情況如圖5所示。

圖5 汽動給水泵3瓦處油擋碰摩位置及油擋套斷裂處

2.2 設(shè)備再次啟動

更換新的油擋套，并嚴格控制安裝尺寸。

工作完成后，再次啟機，啟機后正常運行時的振動列表如表3所示。

表3 給水泵3瓦軸承振動波動列表

可見，工作結(jié)束后，3瓦振動情況與處理前正常運行時相比，振動略有上漲。這與更換的油擋套、安裝時的尺寸控制、重新連接對輪中心等因素有關(guān)系。處理工作結(jié)束后，運行期間3瓦振動平穩(wěn)，未再出現(xiàn)振動波動的情況。

3 結(jié)論

本文詳細介紹了某火電機組汽動給水泵的軸系結(jié)構(gòu)，分析了給水泵3瓦振動波動的原因，并通過檢修處理解決了振動波動問題，得出結(jié)論如下：

1、振動發(fā)生大幅度波動時，首先要進行頻譜分析，查找振動波動的頻率成分，然后再進一步查找原因。

2、采用迷宮式油擋的給水泵，要防止油擋套斷裂造成動靜碰摩，以及引起的振動大幅度波動，從而影響機組的安全穩(wěn)定運行。