某電廠300 MW機組鍋爐給水泵振動原因分析及處理

仉國明

(大唐武安發電有限公司，河北 邯鄲 056300)

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某電廠300 MW機組鍋爐給水泵振動原因分析及處理

仉國明

(大唐武安發電有限公司，河北 邯鄲 056300)

針對某電廠300 MW機組多臺鍋爐給水泵組的振動超標問題，分析軸承振動超標的現象和特征，并結合給水泵芯包解體檢查情況，認為導葉內水力激振、誘導輪葉片斷裂和轉子動平衡不合格是引起給水泵振動的原因，提出處理措施，解決了給水泵振動超標問題。

鍋爐給水泵；給水泵芯包；振動；導葉；水力激振；誘導輪；動平衡

河北某電廠9、10號機組為2臺東汽300MW供熱凝汽式汽輪發電機組，單機配備2臺50%B-MCR汽動給水泵組運行，1臺50%B-MCR電動給水泵備用。汽動給水泵型號300QTSBⅡ-JA，結構形式為臥式、離心、多級節段、雙殼體全抽芯結構，進出、口及抽頭接口均垂直向下布置，電動給水泵型號300TSBⅡ-JB，其結構形式與汽動給水泵基本相同，區別在于進出口及抽頭接口均垂直向上布置，廠家設計2種泵型芯包完全一致，可以互換。該型鍋爐給水泵芯包共5級葉輪，并采用誘導輪技術，誘導輪安裝在首級葉輪之前，提高首級葉輪入口壓力，降低泵的必須汽蝕余量，給水泵前可不設前置泵。該電廠給水系統現場布置為汽動給水泵有前置泵，電動給水泵無前置泵。

1 給水泵振動情況

該廠9、10號機組分別于2010年1月、5月投產，在168 h試運及投產初期，6臺給水泵發生多起振動超標被迫停泵故障。

2010年1月9號機組168 h試運期間，電動給水泵在轉速4 300 r/min左右出現振動超標問題，兩側軸承最大振動值水平方向0.07 mm，因該泵為第1臺投運，首先從給水泵外部著手進行了細致的排查，包括：泵基礎、地腳螺栓緊固情況、給水泵流量、進出口壓力變化、再循環狀態、管道支吊架、潤滑油溫、各軸瓦瓦溫、機械密封冷卻水溫和冷卻水量、聯軸器對中情況等進行了逐一檢查，均未發現異常，排除給水泵外部條件引起的振動超標[1]。

2010年3月2日7∶45，9號機1號汽動給水泵兩側軸承水平振動突增至0.10 mm，此時轉速為4 750 r/min，倒換為電動給水泵運行，檢查1號汽動給水泵軸承、復測對輪中心均正常，將泵備用；3月4日21∶30，由于2號汽動給水泵掉閘，1號汽動給水泵聯啟，當轉速升至2 880 r/min時，軸承最大振動升至0.13 mm，遂將1號汽動給水泵打閘，抽芯包檢查發現誘導輪葉片斷裂掉塊，長度約150 mm，更換誘導輪。

2010年5月11日，10號機電動給水泵前后軸承振動突然增大，后軸承振動最大達到0.20 mm，之后隨泵轉速升降，兩軸承振動值維持在0.045～0.10 mm，168 h試運完畢后，對電動給水泵抽芯包發現誘導輪葉片斷裂掉塊，長度約170 mm，更換誘導輪。

2010年5月13日1∶30，10號機1號汽動給水泵3號、4號軸承垂直振動突然增大，由0.007 mm突增至0.112 mm，對應的轉速為4 939 r/min，隨即開啟電動給水泵運行，168 h試運完畢后，對1號汽動給水泵抽芯包檢查發現誘導輪葉片斷裂掉塊，更換誘導輪。

2010年6月17日9∶30左右，10號機1號汽動給水泵4號軸承垂直振動超標為0.05～0.08 mm，其他軸承、其它方向振動數值均正常，對應轉速為4 770～4 910 r/min，通過查閱運行數據和現場實際測量發現，該給水泵轉速在小于4 770 r/min時振動數值均合格，在0.016～0.048 mm，并隨著轉速的升高而增大，當給水泵轉速達到4 770 r/min 時，4號軸承垂直振動值為0.05～0.053 mm，當給水泵轉速達到4 830 r/min時，振動達0.06 mm，當轉速升至4 870 r/min時，振動增加至0.07 mm，當達到168 h后運行中最高轉速4 910 r/min時，振動值為0.08 mm；7月12日5∶45，1號汽動給水泵4號軸承振動0.12 mm；7月13日10∶30，開啟電動給水泵，檢查1號汽動給水泵軸承、復測對輪中心均正常；7月19日該泵芯包進行返廠檢修，誘導輪無異常，葉輪晃度超標導致轉子動平衡不合格。通過修復葉輪，將轉子晃度和動平衡調整至標準內，同時改造去掉誘導輪。

2010年6月28日4∶45，9號機1號汽動給水泵4號軸承垂直振動突然增大至0.10 mm，隨著給水泵轉速升高，振動不斷增大，轉速為4 236 r/min時，3號、4號軸承水平振動達0.10 mm；轉速升至4 363 r/min時，兩軸承水平振動達到0.13 mm；轉速升至4 460 r/min，兩軸承水平振動高達0.19 mm，并有繼續升高趨勢，遂將9號機1號汽動給水泵倒為電動給水泵運行，抽芯包檢查發現誘導輪葉片斷裂掉塊，嚴重損壞，改造去掉誘導輪。

2010年7月13日3∶40，9號機組2號汽動給水泵3號、4號軸承垂直振動由0.025 mm突增至0.15 mm，立即倒換為電動給水泵運行，抽芯包檢查發現誘導輪損壞掉塊，改造去掉誘導輪。

2 振動原因分析

現場每1臺給水泵出現振動異常后，都會根據鍋爐給水泵振動常見原因進行排查，首先檢查排除引起給水泵振動的外部因素，最終確定給水泵內部存在缺陷。給水泵芯包返廠后，解體檢查軸瓦無異常磨損，轉子與殼體動靜部件無碰摩痕跡，多數存在誘導輪斷裂缺陷。通過對上述多臺次給水泵振動情況對比及芯包返廠解體檢修情況綜合分析，導致該電廠給水泵頻繁發生振動超標的主要原因如下。

a. 某一轉速范圍內的振動增大原因為水力激振。9號機電動給水泵是第1臺投運的給水泵，與其余5臺給水泵同一批次，因此將10號機尚未安裝的電動給水泵返廠檢查，經廠家設計部門試驗分析在4 000 r/min以上某一轉速區間內的振動超標原因，并非轉子剛性不足導致存在臨界轉速，而是由于水流經過葉輪流道后進入中段內的導葉產生水力沖擊，當水力沖擊的激振頻率與轉子或泵殼的固有頻率接近時，便會產生共振。通過對泵內各級導葉流道進行分析，發現泵內流體從葉輪流出后在導葉內流動時，在圓周方向上并不均勻，在大流量、高壓力的工況下，水力流動不均衡必然產生較強的水力激振，當泵轉速達到某一范圍時，水力激振引發共振，導致泵振動增大[2]。

b. 振動突增原因為誘導輪葉片斷裂導致的轉子質量不平衡。誘導輪為軸流式葉輪，即使在發生汽蝕時，性能也不會突然下降，而且誘導輪本身的結構設計使其具有更好的抗汽蝕性能。但在該電廠的實際使用中，給水泵誘導輪葉片斷裂幾乎是該型給水泵的共性缺陷，通過對誘導輪的工況條件和葉片斷裂形貌特征進行分析，發現誘導輪的設計葉片厚度、入口型線與水力特性不能完全匹配，導致誘導輪進口處易發生汽蝕，因汽蝕而產生的復雜非定常流動引發壓力脈動，與誘導輪葉片的固有頻率接近或成一定的比例關系時產生共振，最終葉片疲勞斷裂[3]。誘導輪葉片斷裂位置均處于進口邊緣較薄部位。

c. 轉子動平衡不合格。2010年6月17日，10號機1號汽動給水泵返修后初次投運便出現振動超標，且振動值隨著轉速升高而增大，堅持運行一個月后將芯包返廠解體檢查，經測量發現該泵轉子第4級、第6級葉輪晃度超標(第4級葉輪晃度0.14 mm、第6級0.18 mm，標準≤0.05 mm)，轉子殘余不平衡量達1 050 g·mm，大于該轉子許用不平衡量799 g·mm，振動超標原因為轉子動平衡不合格。

3 處理措施及效果

根據上述不同振動原因，制定針對性的處理措施，并利用機組臨停和檢修機會對每臺給水泵芯包進行檢修和改進。

a. 改善流體在導葉中的水力特性。針對給水泵在某一轉速范圍內的軸承振動增大問題，經廠家設計部門分析確定對泵的設計進行更改，將部分導葉在圓周方向旋轉一定角度，即：二級中段、六級中段上的導葉固定銷孔在原位置逆時針旋轉15°，三級中段、五級中段上的導葉固定銷孔在原位置順時針旋轉15°，經更改后各導葉流道位置依次錯開60°，保證流體在導葉中流動的均勻性，有效改善導葉內的異常水力激振，對每臺給水泵芯包返廠時均按照更改設計實施，振動消除。

b. 改進誘導輪。原誘導輪重新設計改進為加強型誘導輪，優化誘導輪入口型線，加大進口邊后掠角 ，由90°增加到120°(見圖1)，使葉片進口后掠部位延長，高度降低，改變誘導輪入口的液體流動，提高汽蝕性能，改善給水泵首級葉輪入口條件[4]；對誘導輪葉片整體加厚，改善鑄造工藝和熱處理工藝，加大葉片與輪轂結合處的圓角，減小應力集中，提高誘導輪結構強度，經無損探傷合格的誘導輪方可使用。先后對2臺電動給水泵更換加強型誘導輪，使用效果良好。對4臺汽動給水泵，去除誘導輪，用相應的軸套代替。廠家初期設計汽動給水泵安裝誘導輪，目的是使得300 MW機組電動給水泵和汽動給水泵芯包完全相同，以保證2種泵芯包的互換性。由于電動給水泵沒有前置泵，在該泵的設計中為降低泵的必須汽蝕余量NPSHr，保證不發生汽蝕，在首級葉輪前設計了誘導輪增壓，誘導輪的設計揚程28 m，加上除氧器高度25 m，才可以滿足抗汽蝕要求。汽動給水泵設有前置泵，前置泵揚程82 m，遠遠超過誘導輪揚程，因此汽動給水泵取消誘導輪也能滿足必須汽蝕余量要求，同時不會對泵的流量、揚程產生不利影響，還可降低汽動給水泵缺陷發生幾率。

圖1 誘導輪進口型線優化

先對9號機1號汽動給水泵去除誘導輪，運行一段時間，監測壓力、流量等參數無變化，陸續對其他3臺汽動給水泵去除誘導輪。

c. 提高檢修工藝質量。給水泵芯包檢修中，嚴格按照檢修工藝要求執行。重點檢測轉子小裝后各主要部位的晃度值、瓢偏值，檢驗、校正轉子靜平衡和動平衡，分別按照GB/T9239.1～2-2006《機械振動恒態(剛性)轉子平衡品質要求》G6.3級和G2.5級精度進行[5]。芯包組裝時各軸瓦間隙、轉子抬量、轉子竄量和平衡裝置間隙等動靜間隙調整合格，減少裝配誤差，確保檢修工藝質量。

經過采取一系列的處理措施后，該電廠6臺鍋爐給水泵運行狀態良好，解決了泵振動超標問題。

4 結束語

根據該電廠多臺鍋爐給水泵運行中發生的振動缺陷情況，逐步分析排查引起振動的因素，并結合給水泵芯包解體檢查情況，最終確定振動的真正原因，導葉內水力激振、誘導輪葉片斷裂和轉子動平衡不合格。通過實施針對性的處理措施，解決了給水泵振動超標問題，保證了機組安全穩定運行。

[1] 王德堅,張 磊,滿菁華,等.汽輪機設備檢修[M].北京:中國電力出版社,2012.

[2] 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(6):44-46.

[3] 劉華威,楊桂杰.鍋爐給水泵誘導輪失效原因分析及改進[J].水泵技術,2012(3):44-46.

[4] 袁壽其,施衛東,劉厚林,等.泵理論與技術[M].北京:機械工業出版社,2014.

[5] 牟法海,王文營,張林茂,等. 給水泵振動的動平衡處理[J].河北電力技術,2008,27(2):11-12.

本文責任編輯：楊秀敏

Analysis and Treatment for Vibration of Boiler Feed Pump in Some Power Plant 300 MW Turbine

Zhang Guoming

(Datang Wuan Power Generation Co., Ltd.Handan 056300,China)

In view of the problem of excessive vibration of the feed pump unit of 300 MW turbine in a power plant,the phenomenon and characteristics of excessive vibration of bearing are analyzed,and combined with the disintegration of the feed pump cartridge inspection,it is considered that hydraulic exciting vibration in diffuser,blade fracture of the inducer and dynamic balancing of the rotor is not qualified are the causes of vibration of the feed pump, the targeted treatment measures are proposed, to solve the problem of excessive vibration of the feed pump.

boiler feed pump;feed pump cartridge;vibration;diffuser;hydraulic exciting vibration;inducer;dynamic balancing

2016-05-09

仉國明(1980-)，男，工程師，主要從事汽輪機設備檢修工作。

TK268

B

1001-9898(2016)05-0058-03