循环水泵异常振动的原因分析及处理.pdf

第 3 4卷 第 5期 2 0 1 2年 5月 华 电技 术 Hu a d i a n Te c h n o l o g y Vo 1 3 4 No 5 Ma y 2 01 2 循环水泵异常振 动的原 因分析及 处理 王路 ( 安徽池 州九华发 电有 限公 司 ， 安徽 池州2 4 7 1 0 3 ) 摘要： 介绍了安徽池州九华发电有限公司循环水泵在运行中出现的振动异常情况， 在对循环水泵多次检修的基础上， 分析了造成该循环水泵频繁振动的原因。根据分析结论， 由长沙水泵厂有限公司对该循环水泵进行了全面的技术升级 改造。彻底消除了循环水泵长期振动运行不稳定的问题， 电厂的经济效益明显提高。 关键词： 循环水泵； 振动； 磨损； 外接管； 导轴承； 垂直度 中图分类号： T K 2 2 3 5 2 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 5 6 0 4 O 引言 循环水泵是火力发 电厂重要的辅机设备 ， 直接 影响循环冷却水系统及机组的安全和经济运行 。根 据机组装机容量和地理位置的不 同， 循环水泵的选 用各不相同。根据安徽池州九华发电有限公司机组 型号以及所处地理位置 ， 循环水泵选用北京某公司 生产 的 1 8 0 0 K L A一1 8 5型立式斜流泵。该 水泵运 行中长期 出现异 常振动 ， 导致 部分水泵无法 工作 ， 2 0 0 7年 7月 ， 针对这一 问题 ， 安徽池州九华发 电有 限公司对其进行 了技术改造 ， 根据改造要求将原来 的水泵全部更换为长沙水泵厂有限责任公司生产 的 6 4 K L X A一1 8 5型立式斜流泵 。改造后 ， 所有水泵 振动都在优 良范围内， 同时经济性也得到了较大 提高。 1 循环水泵振动事发过程 循环水泵 自2 0 0 5年 8月试运后运行一直稳定 ， 振动值均 3 0 I,z m， 但从 2 0 0 6年 2月开始 ， 2机组 ( 先投产 ) 的 3， 4循环水泵先后出现振动缺陷 ， 振 动值瞬时I2 5 0 la ,m， 电流急剧上升并跳泵 ， 由于循环 水泵出现的问题极 为严重 ， 遂对循环水泵进行解体 检修。首次对循环水泵进行检修 ， 发现振动造成 的 破坏性极其严重 ： ( 1 ) 3 ， 4循环水泵叶轮受到磨损 ， 3循环水 泵导叶体叶轮侧被磨 出深 、 宽均为 5 0 m m的同心环 形槽道 ， 叶轮上形成局部裂纹 ， 4循环水泵叶轮半 径方向磨损 2 0 3 0 m m而被确认报废。 ( 2 ) 3循环水泵吸入喇叭 口从泵体外接管上 脱落， 坠入泵房池底， 导叶体、 叶轮室及叶轮整体下 坠， 外接管与外接管法兰联接螺栓 断裂 4根； 在 4 收稿日期： 2 0 1 1 1 1 0 6 ； 修回日期： 2 0 1 11 2 0 8 循环水泵外接管与外接管法兰的 2 4根联接螺栓 中， 有 1 4根螺栓断裂 ， 法兰表面形成了2 0 m m的张 口。 ( 3 ) 3 ， 4循环水泵 中、 下导轴承及轴套磨损 严重 ， 轴套 、 导轴承呈现偏磨现象， 导轴承局部出现 分层现象； 导轴承支架外圆出现磨损， 外接管与外接 管法兰加强肋全部出现了裂纹。 同时 ， 3 ， 4循 环水泵还暴露 了相 同的问题 ， 即螺栓断裂方向为引水面方 向。 2 循环水泵振动分析 2 1 初步分析 在设备安装时， 安装人员严格按照安装说 明书 的要求进行了质量控制。由于事发突然， 对事故原 因初步进行了分析 。 循环水泵外接管选用 1 0 m m厚钢板卷制而成 ， 法兰加强肋较薄 ， 外接管强度及刚性不足， 运行中容 易造成筒体摆动。由于外接管受中上部 出口三通管 的制约， 筒体更多地表现为左右对称摆动或向出口 侧摆动 ， 引水面螺栓扩张拉伸量较大 ， 在交变应力作 用下 ， 最后发展为外接管简体加强肋焊缝部位产生 裂纹 ， 法兰联接螺栓断裂 ， 循环水泵剧烈振动等严重 后 果 。 针对初步分析结果 ， 在首次检修 中， 除了对循环 水泵进行大修和更换备品之外 ， 还在泵房墙体上设 置 固定支撑点 ， 分 中、 下层对外接管 中、 下部 采取 自 然挤压的方式进行支撑加固， 以限制外接管的摆动。 同样 ， 对 1 ， 2循环水泵采取同样 的方式进行加固 处理。 虽然对循环水泵采取 了加 固处理的防范措施 ， 但在 2 0 0 6年 ， 4台循环水泵依然因振动超标而转入 抢修工作， 超标次数全年累计达到9 次， 每台泵至少 检修 2次， 平均 4 0 d抢修 1次 ， 循环水泵稳定运行周 期变短 ， 循环水系统运行稳定性进一步恶化 。 第 5期 王路 ： 循环水泵异常振动的原 因分析及处理 5 7 图 1 循环水泵 结构 图 为了彻底解决循环水泵运行中振动大的问题， 对每次检修 中收集 的相关技术资料进行分析。通过 资料的不断积累， 先后联系了长沙天鹅水泵厂和长 沙水泵厂有限公司的技术人员深入现场调研并进行 技术沟通 ， 对水泵振动因素进行 了深入分析。 2 2 工 作原 理及 结构 分析 ( 1 ) 江水经过 吸入 喇叭 口， 通过 叶轮 的挤压和 离心提升作用 ， 由下往上流动 ， 通过导叶体改变水流 流动状态 ， 然后提升到导叶片部位改变流向， 经导叶 片变向， 通过出 口三通管水平流出泵体。 ( 2 ) 在循环水泵运行 中， 润滑水通过内接管 ， 顺 着泵轴 自上而下流动， 通过导轴承与轴套 的间隙流 向下一级并受到一定的节流作用 ， 在通过导轴承与 轴套时 ， 对轴承及轴套起到润滑作用 。 ( 3 ) 导轴 承安装 在泵 盖、 导 轴承支 架、 导叶体 内， 对旋转的泵轴起到限位疏导作用 。 ( 4 ) 导轴承支架通过斜 角面安装 在外接管 内， 导轴承支架及导叶体间通过 内接管连接为一体 ， 导 叶体与叶轮室相连并坐落在吸入喇叭口的斜角支撑 面上 ， 并 由止 动销 定位 ， 确保 水 泵运 行 时不 发生 转动。 2 3 检修中暴露的各类缺陷分析 ( 1 ) 轴套由上 至下磨 损情况逐级加重 ， 呈 现偏 磨现象 ， 表面一半基本 没有磨损 ， 另一半则磨损严 重 ， 最下层偏磨最为严重 ， 深度最大。 ( 2 ) 塞龙导轴承 由上至下磨损情况逐级加重 ， 呈现一定的偏磨现象， 最下层磨损最为严重， 磨损面 接近全周 ， 只是深浅不同， 甚至出现塞龙导轴承分层 脱落， 其偏磨的痕迹最为清晰。 ( 3 ) 塞龙导 轴承与轴套 磨损后 的间隙通 常在 2 5 0mm以上 ， 超过设计上限 1 5 3 m m( 新装配直径 间隙为 1 0 2 mm) 。 ( 4 ) 导轴承支架与外接管配合部位出现严重磨 损 ， 支架半径方 向磨损深度达到 4 m m( 每次检修都 需局部冷堆焊 ， 然后精加工 ， 消除间隙 ) 。 ( 5 )叶轮 运 行 后 ， 其 叶片 磨 损 严 重 ， 动 平衡 性差 。 ( 6 ) 叶轮与叶轮腔室间的动、 静磨痕深度大 ， 叶 轮腔室的磨痕深度也呈现偏磨现象 ， 而且 叶片上布 满了许多凹坑点。 ( 7 ) 循环水 泵振 动基本上 是东西 方 向优 先发 展 ， 且东西方 向大于南北方 向， 当水泵振 动值达到 7 0 8 0 m 时， 经过 2 4 h的运行 ， 振动值 就会达到 1 2 5 m甚至更大。 ( 8 ) 循环水泵外接管简体垂 直度较差 ， 其 中垂 线或向西偏离 71 2 mm， 或向东偏离 71 2 mm。 2 4 振动的原因分析 2 4 1 结构用材强度低 循环水泵外接管 1 0 mm薄钢板卷制而成 ， 外接 管外壁与法兰间使用厚度为 1 0 m m的三角板作为加 强肋进行焊接加 固， 由于钢板的刚性较铸造件差且 板薄 ， 运行 中稳定性差 ， 易引起筒体 的摆动( 在实际 检修中， 单人用手即可推动下喇叭 口造成筒体较大 摆 幅) 并造成以下后果 ： 5 8 华 电技 术 第 3 4卷 ( 1 ) 在外接管筒体摆动过程中， 其垂直度发生 偏离 ， 使得导轴承受力不均引起偏磨 。 ( 2 ) 当轴承偏磨到一定程度后 ， 导轴承 与轴套 的径向间隙逐渐变大 ， 泵轴摆幅增大 ， 造成叶轮与叶 轮腔室内壁开始发 生摩擦 ， 同时也 出现偏磨现象。 叶轮受到不均匀磨损后 ， 其动平衡性也随之改变 ， 使 得轴套在转动摩擦 中受力不均匀， 同样 出现轴套偏 磨现象 。 ( 3 ) 循环水泵在运行 中出现多种偏磨现象 ， 振 动状况不断加剧 ， 外接管筒体和法 兰出现变形。由 于外接管受出 口三通管水平力 的制约( 水平力为朝 南方向) ， 筒体变形倾斜主要表现为东西方向， 南北 方向较小 ， 垂直度状况随之变差 ， 外接管中垂线偏东 或偏西 。因此 ， 循环水泵运行时东时东西方 向受到 较大冲击力， 其振动值在东西方向发展的最快。 ( 4 ) 循环水泵 吐出 口为大 口径 三通 ， 离泵座较 近， 同时受到一定的水平力制约， 其刚性相对较好。 循环水泵在垂直度发生变化的情况下， 外接管中部 即外接管与外接管法兰联接部位应力最大 。在振动 不断加剧 的情况下 ， 外接管振动摆幅也进一步加大。 外接管与外接管法兰联接螺栓承受的动载应力超过 螺栓的强度后便 发生 了断裂， 法兰结合面形成大的 张口。法兰张口的形成使得动、 静摩擦加剧， 振动急 剧上升， 电动机电流超过极限保护值动作后停运， 同 时造成 4循环水泵 叶轮严重磨损而无法使用 ， 3 循环水泵吸入喇叭 口法兰螺栓经受不住叶轮剧烈的 扰动而发生断裂。 2 4 2 气蚀干扰 循环水 泵 吸人 喇叭 口尺寸设 计 高度为 1 5 0 0 m m， 喇叭口下平面距离池底距离 为 8 7 0 m m， 因此 ， 叶轮距离池底距离为 2 3 7 0 mm。由于叶轮距离及池 底较远 ， 则叶轮离泵池水面距离较近 。因此 ， 长江低 水位运行情况下易发生气蚀现象 ， 造成叶轮叶片上 呈现许多凹坑及麻点 ， 进而使 叶轮动平衡 特性遭到 破坏。动平衡受到破坏后 ， 循 环水泵振动就会朝恶 劣方向发展， 同时造成轴套偏磨， 致使动、 静间隙明 显增加 ， 最后通过振动形式表现出来 。 2 4 3 泵轴运行稳定性设计不足 循环水泵泵轴总长为 1 5 1 0 0 m m， 由 3根分轴串 联为一体 ， 通过 4个导轴承对转轴进行限位， 导轴承 分别布置在泵盖、 2处导轴承支架及导叶体叶轮侧。 在水泵运行的情况下 ， 泵轴叶轮部位 的摆幅情况最 大 ， 由于下轴 2个导轴承间距最长 ， 所以最下侧导轴 承受的载荷及摩擦力最大。随着磨损的加剧 ， 动 、 静 间隙逐渐增大 ， 摆幅也随之增大 ， 最后通过振动形式 表现 出来 。 2 4 4 轴承选用不科学 循环水泵选用 的导轴承全部采用塞龙导轴承， 通过输入工业水进行润滑。S X L塞龙导轴承材料是 一 种高分子聚合材料， 具有良好的干启动运转性能， 保持泵轴与轴承之间能够有效地滑动运转。从水泵 结构及实际运行情况来分析， 存在着以下问题。 ( 1 ) 在循环水泵运行 时， 工业水通过 内接管逐 级节流由上而下流到江里， 但江水通过叶轮的提升 ， 压力与节流后的工业水 压力相近 ， 能通过内接管 出 口回流到内接管内， 江水与工业水混合润滑导轴承。 ( 2 ) 进入内接管的江水主要对末级导轴承进行 润滑 ， 这一级的润滑水 中含有江沙 ， 塞龙导轴承的优 点很突出， 具有一定的坚韧度和弹性， 但不适合在含 沙量高的江水中运行。当发生摩擦时， 塞龙导轴承的 表层会被润滑介质水中的泥沙磨出划痕 ， 当划痕不断 增加 、 变深后， 塞龙导轴承的润滑面变得非常粗糙 ， 甚 至会出现分层脱落现象， 造成动 、 静间隙变大、 不 均 匀， 轴套也出现明显的磨痕。最后 ， 动、 静间隙的增大 使得水泵运行不够稳定 ， 通过振动形式表现出来。 通过 以上的推断和分析可知 ， 循环水泵频繁振 动是由综合性因素相互影响、 相互作用造成的。 ( 1 ) 原制造单位在结构安全稳定性方 面考虑不 周 ， 缺乏安全、 可靠性 ， 见表 l 。循 环水泵泵体静止 及转动部件钢材强度不够， 安全系数低， 泵轴导轴承 用量少 ， 造成最下层单个导轴承承载力不足， 这类因 素是造成振动的直接原因。 ( 2 ) 制造单位在结构设计上未能充分考虑到长 江的低水位运行方式及长江江水 的含沙量 。叶轮标 高过高易形成气蚀， 塞龙导轴承难以经受住江沙的 磨损， 这些因素对振动起着推波助澜 的负面作用。 3 循环水泵振动的处理 通过对循环水泵振动的分析 ， 制订了技术改造 方案 ： ( 1 ) 外接管与出 口三通管较近 ， 具有一定的刚性 强度， 但外接管以下的所有外接管筒体、 吸人喇叭口 全部进行更换， 外接管壁厚要重新核算增厚， 简体外 采用直通式加强肋 ， 以确保法兰及简体的刚性强度。 ( 2 ) 对泵轴直径进行核算 ， 调整下泵轴长度 ， 下 调叶轮标高， 缩短叶轮与池底的距离。 ( 3 ) 调整导叶体结构形式， 在导叶体出口部位 设计增加 1个导轴承 ， 提高下泵轴运行稳定性 ， 使泵 轴轴系导轴承 由4个增加到 5个 。 ( 4 ) 对导轴承内衬材料进行调整， 将导叶体上2 个导轴承( 长期浸没在江水中) 改用橡胶内衬， 充分 发挥其 良好的高弹性 、 减振性和抗泥沙磨损的优点 ， 第5期 王路 ： 循环水泵异常振动的原 因分析及处理 5 9 表 1 循环水泵改造前、 后数据对照 其他 3个导轴承 ( 基 本上能处 于长 江水位 以上) 有 较好的工业清水参与润滑 ， 依然采用塞龙导轴承。 ( 5 ) 调整循环水泵轴轴颈不锈 钢钢层样式 ， 改 镶嵌不锈钢钢套为电镀不锈钢层结构 ， 提高 了轴颈 强度。 针对 以上原因分析并根据改造方案 的基本要 求 ， 由长沙水泵厂有 限公司负责完成 了循环水泵的 优化升级设计 ， 对水泵 主体部分进行 了换型 ， 并 于 2 0 0 7和 2 0 0 8年先后完成 2 ， 4， 3 ， 1 循环水泵的 改造工作。 4 改造后的使用情况 循环水泵技术改造后 ， 取得 了明显的效果 ， 不仅 解决了振动大 、 运行不稳定的问题 ， 经济性也 明显提 升， 取得了良好效果 ： ( 1 ) 循环水泵 改造 后 ， 由安徽省 电力科学研究 院对改造的循环水泵进行了振