75CHTA-4型給水泵振動高原因的分析和處理

王　友（廣東省粵電集團有限公司珠海發電廠，廣東　珠海　519000）

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75CHTA-4型給水泵振動高原因的分析和處理

王友
（廣東省粵電集團有限公司珠海發電廠，廣東珠海519000）

摘要：給水泵是火力發電廠重要的輔機設備，其正常運行對整個發電機組的安全穩定運行有很大的影響。結合某發電廠75CHTA-4型給水泵自由端軸振高實例分析得出，在最小流量閥小開度下，給水泵內部受到非定常流動所產生的時變水力激勵作用，導致給水泵振動高的結論。并提出了給水泵最小流量閥開啟時間的調整方案，取得了良好的效果，對給水泵的故障診斷和處理有借鑒參考作用。

關鍵詞：給水泵；振動；非定常流動；最小流量閥

1　引言

給水泵由于高轉速，大流量，因此振動高的問題顯得尤為突出。一般來說，給水泵振動的原因主要有以下方面［1-4］：（1）轉子質量不平衡，主要體現為一倍頻即工頻振動高；（2）小汽機與給水泵對中不好，主要體現為二倍頻振動高；（3）地腳螺栓松動、進出口管道支承不良，主要體現為多倍頻振動高。多倍頻振動大多由諧波引起，其頻率是工頻的2-10倍頻；（4）軸承緊力、間隙不當，引起油膜渦動和油膜振蕩，主要體現為低頻振動，一般為0.45-0.55倍工頻；（5）水泵動靜部分摩擦，密封間隙過大，液體動力支承力減小，泵的振動阻尼減小，引起水泵振動；（6）暖泵不充分，泵上下殼體溫差大，引起軸彎曲，主要體現為一倍頻振動高；（7）水泵汽蝕，液體以很大的速度從周圍沖向沸騰的氣泡中心，產生頻率很高、瞬時壓力很大的沖擊，引起水泵劇烈振動，在水泵附近可聽到噼噼啪啪的噪音。（8）水泵內部非定常流動及脈動激發過流部件振動。離心泵中葉輪與蝸殼隔舌或導葉間的相互作用會在葉輪下游的壓水室產生時變的不穩定流動以及壓力脈動［5］。

2　給水泵介紹

某火力發電廠一期2×700MW機組采用日本三菱公司生產的亞臨界、反動式、單軸、三缸四排汽、一次中間再熱、凝汽式汽輪機（TC4F-40），每臺汽輪機組配備2臺50%MCR鍋爐容量的汽動（主）給水泵及1臺25%MCR鍋爐容量的電動（啟動）給水泵，主給水泵采用Ingersoll Dresser Pump Company生產的水平中分四級圓筒式給水泵（水泵型號：75CHTA-4）。揚程2115m，額定流量1278T/H，額定轉速5260rpm，出口壓力18.22MPa，必需汽蝕余量NPSHr：51.8m，由小汽機拖動，二者之間采用撓性膜片聯軸器，為了提高泵的抗汽蝕性能，給水泵前都配置有前置泵串聯運行。給水泵出口管路設有再循環旁路返回至除氧器，用最小流量閥來控制再循環流量。給水泵軸振監測共布置有四個測點，分別為自由端X向（3X）、Y向（3Y），驅動端X向（4X）、Y向（4Y），軸振報警值為80um，跳閘值為115um，延時3s。

3　故障過程

某廠2號機組檢修后初次啟動，當2A給水泵轉速升至約4200rpm，流量約為840T/H時，最小流量閥開度由28%逐漸減小至關閉。23號20：56，當最小流量閥開啟時，3X從27um迅速增大至76um，此時給水泵轉速3969rpm，流量686T/H。隨著閥位繼續開大，3X迅速回落至27um，3Y、4X、4Y保持在正常值范圍基本無變化。隨后三小時內，類似現象分別出現兩次，3X值分別為83um、71um，給水泵流量為690T/H左右，24號01:31，最小流量閥開啟并維持在較低閥位，此時3X快速突升至保護定值，給水泵保護動作跳閘，給水泵運行參數見表1，曲線圖如圖1。

表1　給水泵運行參數

4　原因分析和排查

因為2A給水泵解體大修并更換了新的芯包，新的芯包在廠家做了全面的檢查，并更換了間隙超標的密封環，軸彎曲合格，轉子整體動平衡合格后方出廠。根據檢修記錄，水泵與小汽機對中的數據為：冷態時，圓周：水泵比小汽機高0.195mm（廠家標準為0.07mm，其中水泵比小汽機高0.25mm），端面：上張口0.025mm（廠家標準為0.025mm），可見水泵對中未超標。檢修期間根據廠家的要求用力矩扳手調節至560N·m將所有地腳螺栓緊固。再檢查軸瓦檢修記錄，驅動端瓦頂間隙0.12mm，側隙0.06mm，軸瓦緊力0.03mm，自由端瓦頂間隙0.11mm，側隙0.07mm，軸瓦緊力0.01mm，均在標準范圍內，因此也可以排除軸承間隙不當引起油膜振蕩。給水泵在運行過程中，其入口壓力即前置泵出口壓力一直穩定在2MPa，此壓力下對應的飽和蒸汽溫度為212℃，遠低于除氧器給水溫度為170℃，排除了給水泵發生汽蝕的可能。泵啟動前，上下殼體溫度均為145℃，因此也可排除由于暖泵不充分導致軸彎曲。給水泵倍頻振動值如表2，在4332rpm時，水泵振動通頻和倍頻幅值都不高，結合上述分析，基本可以排除不對中、不平衡、軸承間隙不當、地腳松動等原因。

表2　給水泵振動倍頻值

再分析給水泵的振動過程，23號至24號跳閘前的5個小時內，3X振動突升出現三次，其余軸振測點幅值增加很小。從趨勢圖上看，3X振動變化過程與最小流量閥開度曲線在趨勢圖上有較好的相關性，每當最小流量閥緩慢開啟時，3X振動都明顯突升，隨著閥位的迅速開大，3X軸振迅速降低至正常值。而給水泵跳閘時最小流量閥一直維持在較低的開度，說明最小流量閥小開度時存在一個流體擾動的臨界點，在該閥位狀態下，水泵內部受到水流擾動產生激振。結合現場管道排查，發現2A給水泵再循環管道在汽機房6米處的支吊架螺栓由于振動大導致彎曲脫落，如圖2、圖3所示。這也從另一方面證明了再循環管道水流對整個給水泵組的擾動較大，給水泵內部受到非定常流動所產生的時變水力激勵作用導致了這次2A給水泵3X軸振高故障。

5　解決方案

鑒于最小流量閥在小開度時引起水泵和再循環管道振動大，在DCS給水控制中將給水泵轉速為4200rpm時最小流量閥的開啟流量信號由690T/H修改為730T/H，減少最小流量閥在小開度的停留時間，避開了水流擾動臨界點，并將再循環管道支吊架M20的螺栓更換為M32的螺栓，增加支吊架的強度，重新固定好再循環管道。再次啟動2A給水泵，水泵參數曲線如圖4所示，泵參數正常，最小流量閥在開啟時迅速增大閥位，避開了小開度區間，3X振動無突升現象，穩定在正常值。

6　結論

（1）非定常流動是影響離心泵穩定運行的一個主要因素，離心泵的旋轉和靜止部件都會受到非定常流動所產生的時變水力激勵作用，進而產生流動誘導振動現象，這會導致泵振動升高，水泵各部件材料疲勞，縮短設備壽命。

（2）最小流量閥在小開度下，水流不僅對75CHTA-4型給水泵內部產生擾動引起水泵振動高，而且由于閥前后差壓大，再循環管道的給水壓力在閥后迅速降低而閃蒸，會導致最小流量閥閥芯閥座和減壓導向套吹損加劇，這對其自身也是不利的，因此應盡量避免最小流量閥在小開度下長時間停留。

（3）給水泵在振動高的原因有很多，必須結合運行方式、振動頻譜、轉速、流量和水泵構造、檢修情況等方面分析排查，才能準確地找出振動源。

參考文獻：

［1］李宏喬，楊光.節段式高速鍋爐給水泵振動原因分析及消除措施［J］.水泵技術，2011（06）:44-46.

［2］南補連，馬俊杰，郭俊等.國華準電給水泵主泵振動原因分析及改造［J］.內蒙古電力技術，2004，5（22）:115-116.

［3］楊紹宇，劉曉峰，童小忠等.大型鍋爐高能給水泵振動故障分析與診斷方法［J］.汽輪機技術，2006，3（48）:230-232.

［4］關醒凡.現代泵技術手冊［M］.北京:宇航出版社，1995.

［5］裴吉，王文杰，袁壽其等.低比轉數離心泵內部非定常流動特性數值預測［J］.農業機械學報，2014，1（45）:79-83.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.206

作者簡介：王友（1983-），男，湖南衡東人，碩士，工程師，主要從事發電廠汽輪機及輔助設備管理工作。