陆定康，周伟

(江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213000)

1 设备概况

某燃机电站工业水系统由2个工业水池、4台工业水泵及管网组成。工业水泵采用IS100-65-250型单节离心式水泵，流量为90 m3/h，电机功率为37 kW，转速为2 900 r/min，扬程为85 m。工业水主要用途为：F级一期和二期循环水泵备用冷却水、净水区溶药杂用水、沉淀池冲洗水、循环水加药区杂用水、F级一期和二期机组排水槽冷却水、机组定排冷却水以及机组杂用水。4台工业水泵中，#1，#2，#3工业水泵共用1台变频器，只有1台可以进行变频运行，后扩建的#4工业水泵只能工频运行。燃气轮机运行中，工业水泵为2台运行2台备用，其中2台运行泵为1台变频运行、1台工频运行。

2 现场情况

工业水系统2005年年底随F级一期机组投运，2011年和2016年E级机组和F级二期机组相继投入运行，工业水泵随之出现振动严重超标问题，检测时经常发现泵组存在主轴松动、联轴器严重磨损问题，经过数次检修情况依旧。从图1可以看出：水泵自由端振动频谱水平方向出现削波(滑雪坡)现象，其他方向工频谐波明显，轴系表现为严重的松动现象。解调频谱中冲击值达到了79g，检测中同时还发现了联轴器对中和磨损问题。

3 原因排查

可能引起水泵机械振动的原因很多：转子不平衡、基础松动刚度不足、联轴器不对中、轴弯曲、轴承损坏等。

转子不平衡和基础松动时，振动频谱中工频振动分量为主要成分，通过频谱采集分析和基础差别振动测试排除了该原因。

在泵体解体过程中，对泵轴进行弯曲度测量，叶轮装配处、轴承装配处及靠背轮装配处弯曲度均小于0.03 mm，转子晃度小于0.05 mm，从而排除了轴弯曲度和转子晃度超标引起水泵振动的原因。

图1 #3工业水泵泵侧自由端三向频谱Fig.1 Free end 3D spectrum on No.3 industrial pump side

目前使用的联轴器为梅花联轴器(如图2所示)，中间放置聚氨酯梅花弹性垫。这种联轴器加工精度不高，配合间隙过大，在使用过程中往往会因磨损变形而影响泵组的对中，产生异常振动，加速轴承磨损裂化，长时间运行会出现轴系松动情况。

图2 梅花联轴器Fig.2 Plum coupling

事实上，联轴器历次检修时都进行了对中心找正，面偏差、圆偏差均小于0.05 mm，完全符合要求，缓冲垫有瑕疵、软硬异常都会进行更换。对轴承进行更换后，轴径跳动、轴的弯曲度都在工艺要求范围内。检修结束后短期内能降低振动幅值，但并没有达到标准，运行3个月后振动又出现异常。2018年4月检修结束后振动得到了控制(见表1)，但依旧超标，运行至2018年7月，泵驱动端水平方向振动速度又达到了20.01 mm/s。在泵的解体过程中发现，除了联轴器缓冲胶垫磨损，还存在轴承磨损、游隙变大的情况。短周期出现重复缺陷说明这些部件损坏只是振动加剧产生的后果。

水泵作为工业水系统中的单机，检修时必须考虑系统中其他部件对其的影响[1]。既然从设备方面无法查到振动原因，就从系统方面检查是否存在问题。从工业水用途来看，只有循环水泵的冷却水流量相对稳定(正常流量为70 t/h)，大量的杂用水和机组排水槽冷却水、定排冷却水均是间隔用水，而且水量瞬时变化值很大，最大流量达到150 t/h，造成工业水泵出口压力、流量瞬时变化值大。如果只开1台变频泵，大流量时冷却水量明显不足，但开启1台变频泵、1台工频泵，小流量时变频泵由于转速很低，电机冷却风扇(同轴风扇)达不到冷却效果，电机易发热造成绝缘老化。因此，运行时将工频泵出口节流，降低工频泵出口流量，根据运行经验，将工频泵出口阀开度调至8%左右系统就能自动调节流量。但工频泵开度减小会导致阻力增加，不适宜大范围调节流量[2]；同时，工频泵长期处于低流量状态运行，设备效率降低，泵内液体过热，导致整个泵温度过高，超过一定温度后还会使轴承的润滑油变质，而润滑不良会加剧振动，造成轴承过度磨损、泵轴松动、设备损坏。实际情况也表明，工频泵极易损坏，检修人工成本和备品成本增加。

4 对策

随着电力工业自动化程度的提高，辅机设备运行基本为无人值守状态，靠远程控制系统调节，无法要求运行人员在瞬时冷却水流量变化大的工况下及时启停和调节设备。工业水管道一般需维持0.5 MPa的压力，目前的情况是泵流量、扬程整体偏大，最简单的办法是泵改型，或增加1台变频器，将工业水系统2台运行泵直接改成2台变频泵，根据母管压力自动调节。但这2种方法均会导致费用增加，泵换型时基础还需要重新进行浇筑。

表1 历史振动检测数据Tab.1 Historical vibration detection data mm/s

工业水泵流量、扬程裕量过大，导致能耗过大，无法正常使用。叶轮切割定律表明，针对某一叶轮，可通过切割其外径来改变性能。对于低比转速泵的叶轮，流量与外径的2次方成正比，扬程与直径的2次方成正比，功率与直径的4次方成正比。因此，减小叶轮直径可降低叶轮的出口端速，直接降低传递到系统流体介质上的能量，并且降低泵所产生的流量和扬程，同时还能降低能耗。所以考虑对叶轮进行切削，以达到适当降低出口压力、减小流量的目的。

经计算，该泵比转速约为60，适合低比转速叶轮切削定律。通过计算，制作了外径为190 mm的叶轮，将原来外径为240 mm的叶轮作为其他变频泵的备品。

更换叶轮后，从表1中2018年10月的检测数据可以看出，振动值已经符合标准要求。

5 结束语

辅助转动机械设备产生振动的原因很多，检修时不能只注重解决表面问题，需要考虑整个系统。该燃机电站通过改变叶轮直径适当降低了水泵的出口压力和流量，系统通过另外一台变频泵的自动调节满足了工业水系统0.5 MPa压力、瞬时流量变化大的需要，工频泵电流由原来的50～52 A降至39～40 A，达到了节能的目的。