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大型锅炉水泵振动故障分析与诊断方法

2019-10-21张丹邹有序

科学与财富 2019年12期
关键词:诊断方法

张丹 邹有序

摘要:锅炉给水泵在运行中除了典型的出力不足、密封部件泄漏、轴瓦发热等问题外,破坏性最大的就是振动问题。造成振动的因素较多,多个方面都有可能引起振动,本文简单介绍给水泵的振动影响因素及处理办法。

关键词:锅炉水泵;振动故障;诊断方法

引言

锅炉给水泵是发电厂锅炉供水最重要的辅助设备,给水泵振动过大会造成设备损坏,甚至造成锅炉和汽轮机组停运,所以其安全可靠性尤为重要。

一、锅炉给水泵结构与技术参数

某动力站锅炉DG85 67X8给水泵为多级分段卧式离心泵,共两台,一用一各。为65t/h自各电站锅炉输送除氧水。单机试运时发现:泵661运行平稳,各部位振动都不超标;泵662振动异常,振幅从电机端到泵端依次增大。

泵662也只能作为紧急备用,即当泵661出现故障需要检修时才短时间顶用。同时又发现同等负荷下泵662比泵661电流稍高,且电机外端轴承温度高、平衡盘磨损快。

给水泵介质为除氧水、104~C,额定转速2970r/min,给水泵额定流量85m3/h、扬程536m,电机功率220kW、电压6000V、额定电流26.6A。1#轴承型号SKF6218;2#轴承型号NU218;3#、4#轴承为滑动轴承,内径60mm、宽度60mm。额定转速时振动值≤30 u m(全振幅)。

二、机泵振动分析及诊断处理

2.1排查

(1)给水泵与电机对中不好。用双表复查联轴器对中值,轴向和径向最大偏差为O.06mm,都在允差范围内。可以排除此原因。

(2)转子与定子有碰擦现象,引起机泵振动。脱开联轴器,单试电机,运行平稳。将给水泵解体检查,转子与定子无碰擦磨损的痕迹,只是平衡盘有磨损,约O.8mm。这一因素可以排除。

(3)轴瓦间隙、润滑油温度等参数控制不当。此次解体大修,严格按照《石油化工设备维护检修规程》和该设备《安装使用说明书》复查和调整了轴瓦间隙、瓦背紧力等,全部达到要求。润滑油的牌号、温度、黏度等都和泵661完全一样,泵661已经平稳运行7年,所以振动原因也不在润滑油上。

(4)转子弯曲或存在动不平衡。解体后,首先对电机转子和泵轴进行了弯曲度检测,结果电机转子和泵轴最大径向跳动为0.02mm和0.03mm,都不超标。然后又将电机转子和给水泵转子(在泵轴上装好所有叶轮、平衡盘、靠背轮等)外送进行动平衡试验,未发现不平衡现象。

(5)半速涡动与油膜振荡。涡动就是转子轴在轴承做高速旋转的同时,还环绕某一平衡中心做公轉运动。半速涡动就是轴径公转涡动频率近似为转速频率的一半。资料介绍,半速涡动实际涡动频率约为0.43~0.48倍转速频率。随着转速的升高,半速涡动成分的幅值逐渐增大,直至转速升高到临界转速的两倍附近时,涡动频率与转子临界转速频率相重合,于是,转子轴承系统发生激烈的油膜共振,也就是油膜振荡。

通过认真分析,发生油膜振荡的可能性几乎没有。第一,机泵的额定转速为2970r/min,机泵在该转速以下无临界转速,所以不存在机泵的转速达到临界转速两倍附近的条件,涡动频率与转子临界转速频率重合的现象不会出现;第二,润滑油温度和黏度对油膜振荡影响很大,通过调节冷却水流量改变润滑油温度和黏度试图降低轴承振动值,结果收效甚微;第三,泵661与泵662在结构尺寸、负荷、转速、润滑、冷却等方面完全一致,泵661能够长期平稳运行,证明产生油膜振荡的可能性几乎没有。

(7)电机四个底角与底座接触受力不均匀,俗称“电机吊脚”。重新测量了电机底座的水平度,不超差。更换了备用电机,振动依然存在。每次松开一个电机地脚螺栓试运,振动值几乎不变。由此可以排除此原因。

(8)用HG 8904C旋转机械故障诊断系统采集数据,进行频谱分析。特征频率以1×、4X为主,伴有3×、5×频,同时存在2×和5×以上高频,频率显示非常乱,似乎是由多种原因引起的振动。

但之前几乎对可能引起机泵振动的所有原因都进行了排除,更不可能同时存在造成振动的多种因素,问题的查找又一次陷入困境。

2.2分析

在此情况下,技术攻关小组决定换一个思路:先放弃振动原因的查找,转而分析其他次要故障,如电机外端轴承温度高、平衡盘磨损快、电流偏高等。首先检查平衡系统,平衡盘问隙和硬度、平衡管和平衡孔及垫片直径都没问题。但平衡盘磨损快、电流大却证明转子的轴向力未得到有效平衡,是否有什么原因对水泵转子施加了额外机械力,于是把视线转移到联轴器上。泵662使用的是弹性柱销联轴器,经过测量,两个靠背轮之间的端面间隙为4.2mm,符合要求。在测量平衡盘问隙时,需要从靠背轮之间的端面间隙处撬动,使水泵转子向高压端移动,凭经验感觉需要的力过大,且有弹性。

图1中的10个弹性柱销(每个弹性柱销都是由多个弹性体组合而成)分别与靠背轮上的孔配合,当每个柱销螺栓拔紧后,弹性柱销在螺栓紧力的作用下变形,与孔抱紧,导致两个靠背轮之间的轴向相对运动困难。后果是:

(1)当机泵带负荷运行时,随着工作压力的变化,在平衡系统的作用下,水泵转子会出现动态的轴向移动,正常情况下两个靠背轮之间发生相对轴向位移,即水泵转子轴向移动不会对电机转子施加过大的轴向力。但在两个靠背轮之间轴向相对运动困难的情况下,水泵平衡系统的轴向平衡力就会通过联轴器传递给电机轴承,也就是说,联轴器将电机转子和水泵转子强行拉向中间,由此在电机轴承和水泵平衡盘上都施加了一个额外的机械力。

(2)上述额外机械力抵消了部分平衡力,导致平衡盘与平衡板不能完全脱离,出现磨损。

(3)上述额外机械力也造成了电机1#轴承温度升高。

(4)平衡盘机械摩擦是泵662电流偏高的原因。

(5)上述四个非正常状态是机泵整体振动的原因。

2.3处理

(1)将10个弹性柱销外径车掉lmm,安装试运,振动值有所下降,见到了效果,说明查找原因的思路是对的。

(2)逐渐减少10个弹性柱销螺栓紧力,机泵振动值也随之下降。

(3)将原弹性柱销联轴器更换为轴向、径向补偿性更好的金属膜片联轴器。至此机泵长期存在的振动等非正常状态全部消除。

三、结束语

在此次查找多级分段卧式锅炉给水泵662振动原因的过程中,虽然花费了较长的时间和精力,走了一些弯路,但也积累了一些多级离心泵检修与维护方面的经验和教训,现归纳如下。

(1)引起多级分段卧式离心泵振动的原因很多,联轴器弹性柱销过紧虽然不是常见原因,若一旦发生,很难想到,必须引起重视,尤其是在常见原因都排除之后。

(2)当多级泵振动,伴随电机轴承温度高、平衡盘磨损快、电流偏大等现象时,若确认平衡系统无问题,就应该考虑联轴器结构与安装是否合理。

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