大型鍋爐水泵振動故障分析與診斷方法

張丹 鄒有序

摘要：鍋爐給水泵在運行中除了典型的出力不足、密封部件泄漏、軸瓦發熱等問題外，破壞性最大的就是振動問題。造成振動的因素較多，多個方面都有可能引起振動，本文簡單介紹給水泵的振動影響因素及處理辦法。

關鍵詞：鍋爐水泵；振動故障；診斷方法

引言

鍋爐給水泵是發電廠鍋爐供水最重要的輔助設備，給水泵振動過大會造成設備損壞，甚至造成鍋爐和汽輪機組停運，所以其安全可靠性尤為重要。

一、鍋爐給水泵結構與技術參數

某動力站鍋爐DG85 67X8給水泵為多級分段臥式離心泵，共兩臺，一用一各。為65t/h自各電站鍋爐輸送除氧水。單機試運時發現：泵661運行平穩，各部位振動都不超標；泵662振動異常，振幅從電機端到泵端依次增大。

泵662也只能作為緊急備用，即當泵661出現故障需要檢修時才短時間頂用。同時又發現同等負荷下泵662比泵661電流稍高，且電機外端軸承溫度高、平衡盤磨損快。

給水泵介質為除氧水、104～C，額定轉速2970r/min，給水泵額定流量85m3/h、揚程536m，電機功率220kW、電壓6000V、額定電流26.6A。1#軸承型號SKF6218；2#軸承型號NU218；3#、4#軸承為滑動軸承，內徑60mm、寬度60mm。額定轉速時振動值≤30 u m（全振幅）。

二、機泵振動分析及診斷處理

2.1排查

（1）給水泵與電機對中不好。用雙表復查聯軸器對中值，軸向和徑向最大偏差為O.06mm，都在允差范圍內。可以排除此原因。

（2）轉子與定子有碰擦現象，引起機泵振動。脫開聯軸器，單試電機，運行平穩。將給水泵解體檢查，轉子與定子無碰擦磨損的痕跡，只是平衡盤有磨損，約O.8mm。這一因素可以排除。

（3）軸瓦間隙、潤滑油溫度等參數控制不當。此次解體大修，嚴格按照《石油化工設備維護檢修規程》和該設備《安裝使用說明書》復查和調整了軸瓦間隙、瓦背緊力等，全部達到要求。潤滑油的牌號、溫度、黏度等都和泵661完全一樣，泵661已經平穩運行7年，所以振動原因也不在潤滑油上。

（4）轉子彎曲或存在動不平衡。解體后，首先對電機轉子和泵軸進行了彎曲度檢測，結果電機轉子和泵軸最大徑向跳動為0.02mm和0.03mm，都不超標。然后又將電機轉子和給水泵轉子（在泵軸上裝好所有葉輪、平衡盤、靠背輪等）外送進行動平衡試驗，未發現不平衡現象。

（5）半速渦動與油膜振蕩。渦動就是轉子軸在軸承做高速旋轉的同時，還環繞某一平衡中心做公轉運動。半速渦動就是軸徑公轉渦動頻率近似為轉速頻率的一半。資料介紹，半速渦動實際渦動頻率約為0.43～0.48倍轉速頻率。隨著轉速的升高，半速渦動成分的幅值逐漸增大，直至轉速升高到臨界轉速的兩倍附近時，渦動頻率與轉子臨界轉速頻率相重合，于是，轉子軸承系統發生激烈的油膜共振，也就是油膜振蕩。

通過認真分析，發生油膜振蕩的可能性幾乎沒有。第一，機泵的額定轉速為2970r/min，機泵在該轉速以下無臨界轉速，所以不存在機泵的轉速達到臨界轉速兩倍附近的條件，渦動頻率與轉子臨界轉速頻率重合的現象不會出現；第二，潤滑油溫度和黏度對油膜振蕩影響很大，通過調節冷卻水流量改變潤滑油溫度和黏度試圖降低軸承振動值，結果收效甚微；第三，泵661與泵662在結構尺寸、負荷、轉速、潤滑、冷卻等方面完全一致，泵661能夠長期平穩運行，證明產生油膜振蕩的可能性幾乎沒有。

（7）電機四個底角與底座接觸受力不均勻，俗稱“電機吊腳”。重新測量了電機底座的水平度，不超差。更換了備用電機，振動依然存在。每次松開一個電機地腳螺栓試運，振動值幾乎不變。由此可以排除此原因。

（8）用HG 8904C旋轉機械故障診斷系統采集數據，進行頻譜分析。特征頻率以1×、4X為主，伴有3×、5×頻，同時存在2×和5×以上高頻，頻率顯示非常亂，似乎是由多種原因引起的振動。

但之前幾乎對可能引起機泵振動的所有原因都進行了排除，更不可能同時存在造成振動的多種因素，問題的查找又一次陷入困境。

2.2分析

在此情況下，技術攻關小組決定換一個思路：先放棄振動原因的查找，轉而分析其他次要故障，如電機外端軸承溫度高、平衡盤磨損快、電流偏高等。首先檢查平衡系統，平衡盤問隙和硬度、平衡管和平衡孔及墊片直徑都沒問題。但平衡盤磨損快、電流大卻證明轉子的軸向力未得到有效平衡，是否有什么原因對水泵轉子施加了額外機械力，于是把視線轉移到聯軸器上。泵662使用的是彈性柱銷聯軸器，經過測量，兩個靠背輪之間的端面間隙為4.2mm，符合要求。在測量平衡盤問隙時，需要從靠背輪之間的端面間隙處撬動，使水泵轉子向高壓端移動，憑經驗感覺需要的力過大，且有彈性。

圖1中的10個彈性柱銷（每個彈性柱銷都是由多個彈性體組合而成）分別與靠背輪上的孔配合，當每個柱銷螺栓拔緊后，彈性柱銷在螺栓緊力的作用下變形，與孔抱緊，導致兩個靠背輪之間的軸向相對運動困難。后果是：

（1）當機泵帶負荷運行時，隨著工作壓力的變化，在平衡系統的作用下，水泵轉子會出現動態的軸向移動，正常情況下兩個靠背輪之間發生相對軸向位移，即水泵轉子軸向移動不會對電機轉子施加過大的軸向力。但在兩個靠背輪之間軸向相對運動困難的情況下，水泵平衡系統的軸向平衡力就會通過聯軸器傳遞給電機軸承，也就是說，聯軸器將電機轉子和水泵轉子強行拉向中間，由此在電機軸承和水泵平衡盤上都施加了一個額外的機械力。

（2）上述額外機械力抵消了部分平衡力，導致平衡盤與平衡板不能完全脫離，出現磨損。

（3）上述額外機械力也造成了電機1#軸承溫度升高。

（4）平衡盤機械摩擦是泵662電流偏高的原因。

（5）上述四個非正常狀態是機泵整體振動的原因。

2.3處理

（1）將10個彈性柱銷外徑車掉lmm，安裝試運，振動值有所下降，見到了效果，說明查找原因的思路是對的。

（2）逐漸減少10個彈性柱銷螺栓緊力，機泵振動值也隨之下降。

（3）將原彈性柱銷聯軸器更換為軸向、徑向補償性更好的金屬膜片聯軸器。至此機泵長期存在的振動等非正常狀態全部消除。

三、結束語

在此次查找多級分段臥式鍋爐給水泵662振動原因的過程中，雖然花費了較長的時間和精力，走了一些彎路，但也積累了一些多級離心泵檢修與維護方面的經驗和教訓，現歸納如下。

（1）引起多級分段臥式離心泵振動的原因很多，聯軸器彈性柱銷過緊雖然不是常見原因，若一旦發生，很難想到，必須引起重視，尤其是在常見原因都排除之后。

（2）當多級泵振動，伴隨電機軸承溫度高、平衡盤磨損快、電流偏大等現象時，若確認平衡系統無問題，就應該考慮聯軸器結構與安裝是否合理。