給水泵組液偶小齒輪推力軸承振動分析

彭 浩

(江蘇射陽港發電有限責任公司，江蘇 鹽城 224345)

1 前言

給水泵組是火力發電廠的主要輔助設備之一，它的任務是：在任何情況下，都應不間斷地保證提供鍋爐給水。某公司125 MW機組設計為單元制給水系統，2號機甲給水泵組型號為DG480-180，由前置泵、主給水泵、液力偶合器(以下簡稱“液偶”)、電機組成；主給水泵由電機輸出端通過液力偶合器來驅動，并通過液偶實現無級變速功能；各設備間通過齒輪聯軸器來傳遞動力。

給水泵液偶為上海電力修造總廠生產的成套產品，型號為CO46，傳動功率為3 200 kW，輸入轉速為2 985 r/min，輸出轉速為4 640 r/min，小齒輪(即增速齒輪)的推力軸承與支撐軸承聯成一體，即ф100徑向推力軸承組；推力軸承分為工作面瓦塊和非工作面瓦塊兩種，各10塊；工作面瓦塊分布在軸承端蓋上，發生振動超標的位置就在端蓋上，并且是軸向振動最為明顯。

液偶的小齒輪推力軸承及相關部件結構如圖1所示。

2 故障情況

(1)推力瓦處軸向振動超標(最大值達0.12 mm)，長期處于緊急備用狀態。

(2)電機在空載狀態，轉子竄動近3 mm，運行不穩定。

推力瓦振動與勺管開度之間的關系曲線如圖2所示。

圖1 小齒輪推力軸承及相關部件結構

圖2 推力瓦振動與勺管開度曲線

3 故障原因分析

針對故障現象，參照設計圖紙要求和N125汽輪機組檢修工藝規程，并查閱試轉檢測記錄和2號機甲給水泵檢修臺賬，從“人、機、料、法、環”5個角度對液偶小齒輪推力瓦振動超標原因進行分析,列出影響因素如圖3所示。

圖3 影響液偶小齒輪推力軸承振動超標的相關原因

4 故障原因驗證

4.1 排除以下非主要因素

4.1.1 專業培訓較少

公司、部門和班組每年制定詳細的培訓計劃并嚴格執行，且公司職工均經過培訓考核合格后上崗，小組成員也經過多次大小修現場培訓，因此排除人為因素。

4.1.2 操作倉促

分析發現，勺管開度操作過快對液偶小齒輪的推力瓦塊影響較小，勺管調節速率與小齒輪推力軸承的振動無必然聯系，現場試驗也證實這一情況。

4.1.3 推力盤瓢偏

推力軸承的推力盤是高速旋轉的轉動部件(4 640 r/min)，轉子軸向推力就靠它與瓦塊摩擦來平衡，其瓢偏要求較高(≤0.01 mm)，因此該處故障可能性較大，但實際測量檢查未發現該處有問題，數據為瓢偏0.005 mm，符合要求。

4.1.4 小齒輪及泵輪動不平衡

當轉動部件出現動不平衡時，在運轉中會發生振動，并表現為軸承的振動超標，故對該液偶返廠檢查并做動平衡實驗，但未發現異常。其中最大的小齒輪不平衡重量只為1.67 g，均在標準之內。

4.1.5 端蓋剛度不夠

經查閱設備資料及與廠家聯系確證，并且進行材料檢測，端蓋剛度符合要求。

4.1.6 軸承端蓋緊固螺栓不符標準

推力軸承的緊固螺栓為8只M12×46的六角螺栓，其材料為30CrMnSi，對現場設備材質進行確定，實際符合廠家設計要求。

4.1.7 液偶輸出軸轉動部件振動

雖然液偶將液力傳動力矩傳給循環圓中的渦輪，并由齒輪聯軸器將力矩最終傳遞給主給水泵，但如果給水泵故障或渦輪轉子故障，出現軸向的沖擊力，理論分析可能會由循環圓中的高壓油部分傳遞到小齒輪軸系中，導致小齒輪推力軸承振動偏大，但現場測量在供排油腔處和主給水泵各處軸承未發現明顯異常，并在供排油腔解體大修和主泵芯包大修中也未發現明顯導致振動的故障。

4.1.8 大小齒輪嚙合不良

根據公司大修測量結果，各方面數據均在標準范圍內，接觸面積大于75 %，測量嚙合間隙為0.23 mm，均符合要求。

4.1.9 瓦塊高度調整不當

推力軸承中的各瓦塊高度偏差非常重要(特別是工作面)，偏差過大會導致部分瓦塊負載過大，軸承振動隨之增大，并出現軸承溫度升高。經紅丹粉和標準平板研磨后進行瓦塊接觸面檢查，情況良好，測量高度誤差均在0.01 mm以內，符合標準。

4.1.10 瓦塊烏金面受損

各推力瓦塊烏金面檢查，確定無脫胎、磨損、剝落痕跡，推力瓦塊油楔修整長度和角度，對軸瓦的穩定運行有很大關系，但測量未發現異常。

4.1.11 潤滑油質不合格

當油中進水或出現大量雜質時，潤滑油的潤滑效果遭到破壞，軸承會出現溫度升高、振動偏大；根據取樣化驗結果，潤滑油質不合格率極低，且定期對給泵進行濾油，排除油質問題導致振動超標。

4.2 確定振動超標的主要因素

4.2.1 推力間隙不當

推力軸承的傳動間隙是保持小齒輪(泵輪)轉子的軸向位置，并且承受泵輪運轉形成的軸向推力，標準規定軸向竄動間隙為間隙過小時，摩擦力加大，軸承易發熱損壞；間隙過大時，無法穩定承受泵輪產生的軸向推力。

4.2.2 電機轉子竄動大

2號機小修后，電機轉子在勺管0 %時出現明顯竄動，當勺管開啟時，電機轉子竄動消除。分析原因可能是當勺管在0 %時電機與液偶間聯軸器幾乎無扭矩傳遞，當勺管開啟時聯軸器傳遞扭矩，聯軸器內齒輪和外齒輪緊緊嚙合，這時由小齒輪的推力瓦穩定電機軸運行，竄動消除。

4.2.3 給水泵組軸系出現揚度偏差

軸系揚度超標導致電機轉子和液偶轉動部件新增一重力分力，導致液偶轉動部件和電機轉子運行不穩定，并由聯軸器通過人字齒傳遞給小齒輪，這些擾動力最終由小齒輪推力瓦承受。

4.2.4 基礎不穩固

現場檢查發現液偶基礎的二次灌漿不實，液偶基礎剛度不夠，設備穩固減弱，有可能出現共振現象，最終導致軸承振動偏大。

4.2.5 電機與液偶聯軸器安裝位置有誤

聯軸器的結構是齒輪聯軸器，屬于撓性聯軸器，通過齒輪體和外齒套嚙合傳遞扭矩，理論上分析幾乎無軸向力矩傳遞，但當齒輪體在內齒套的預留軸向間隙偏小時，電機轉子運動時就會將軸向力矩傳遞給液偶，如圖4所示。

圖4 聯軸器內齒套及電機軸承的軸向間隙

當L2

5 制定對策并實施

5.1 調整小齒輪推力軸承間隙

(1)將液偶大蓋揭開，吊離大齒輪；解體循環圓，吊離供排油腔和渦輪轉子，使小齒輪完全處于自由狀態，以確保測量數據準確。

(2)實測推力間隙為0.19 mm，調整端蓋墊片至間隙為0.24 mm,恢復正常。

5.2 降低電機轉子竄動量

將電機與前置泵、液偶的聯軸器脫開，使電機處于自由狀態，測量轉子竄動量。

測得電機竄動量約3 mm；遠大于要求的0.50 mm。調整電機磁場中心，先后3次將電機定子向南平移共3.50 mm，調整電機氣隙至標準范圍，空轉電機轉子竄動量0.10～0.20 mm。

5.3 消除給水泵組軸系揚度偏差

測量液偶法蘭中分面軸向最大揚度為南揚(前置泵方向高)1.00 mm/m，計算出液偶南側地腳墊高3 mm，北側墊高3.80 mm。

調整后液偶軸向揚度最大0.03 mm/m；調整后的電機與前置泵的中心開口最大0.03 mm，圓周最大0.03 mm，電機與液偶中心開口最大數值為0.025 mm，主泵與液偶開口最大0.015 mm，均符合設計要求。

5.4 調整電機與液偶聯軸器安裝間隙

測量聯軸器外齒套護板與聯軸器齒輪體間的預留間隙為0.03 mm，偏小。將液偶聯軸器齒輪體從大齒輪軸上脫出0.50 mm；調整后實際測量預留間隙0.48 mm，恢復正常。

5.5 基礎加固

吊離液偶，檢查液偶地腳墊鐵均勻分布，無松動現象。測量液偶二次灌漿南北2條地腳內側落空大約100 mm，用混凝土重新填充在地腳落空處，增強液偶基礎的穩固性。

6 處理效果

2號機甲給水泵組啟動運行后，對給泵液偶小齒輪推力軸承振動進行了測量，并跟蹤監視。統計結果，振動平均值在0.065 mm以內，其中最大峰值未超過0.069 mm，取得了預期效果。