汽動給水泵振動的危害分析與處理

合肥聯合發電有限公司中外合資合肥二電廠 高業恒

1 引言

汽動給水泵在火電廠屬于重要輔機，主要任務是將除氧器帶來的給水升壓后流經高加再送至鍋爐汽包。某火電廠1 臺350MW機組配2臺汽動給水泵（以下簡稱汽泵）和1臺電動給水泵（以下簡稱電泵）。正常情況2 臺汽泵運行，1 臺電泵做備用。單臺汽泵向鍋爐提供的給水量占50%，單臺電泵向鍋爐提供的給水量占30%。某火電廠#1汽泵長期振動大、缺陷多、電網負荷高，有時調度不同意停運。該汽泵搶修機組最高只能帶動280MW 負荷，且給水泵失去備用，對火電設備安全運行構成較大威脅。

2 振動大危害

#1 汽泵組振動數據為轉速4165r/min 時，小汽機#1 瓦最大振動277μm，小汽機#2 瓦最大振動240μm。同轉速#1 汽泵驅動端最大振動263μm，非驅動端125μm。轉速4752r/min時，小汽機#1瓦最大振動346μm，小汽機#2 瓦最大振動339μm。同轉速#1 汽泵驅動端最大振動326μm，非驅動端148μm。#1汽泵振動大，泵體振動引起附屬小管道和閥門劇烈抖動。該汽泵組軸封水管和中間抽頭管道焊縫多次產生裂紋，高溫高壓給水向外嗤。長時間振動，#1 汽泵中間抽頭隔離閥和逆止閥閥體損壞，閥芯脫落，管道支吊架斷裂[1]。#1 汽泵振動大導致該泵軸瓦嚴重磨損，推力瓦燒毀，推力盤損壞，軸向位移測點損壞，機械密封損壞，泵軸產生裂紋等。推力瓦嚴重磨損如圖1所示。小汽機和#1 汽泵振動數據如表1所示。

圖1 推力瓦嚴重磨損圖

表1 小汽機和#1汽泵振動數據

3 分析原因

影響汽泵振動的因素很多，結合設備和系統特點，需要仔細分析和認真排查。原因分析如下：#1汽泵和小汽機轉子動平衡可能超標；齒套式聯軸器可能磨損，動平衡超標[2]；齒套式聯軸器使用多年，變形和磨損；泵軸可能損壞；泵軸鍵槽損壞，鍍鉻層脫落，泵軸有裂紋等；軸瓦可能損壞；聯軸器中心數據可能超標，找聯軸器中心無合適的標準；#1汽泵芯包零部件配合尺寸可能超標；小汽機零部件配合尺寸可能超標；地腳螺栓松動，支吊架松動脫落等；#1汽泵出口再循環閥不能全開，或再循環閥突然開關，給水流量瞬間變化大，水流劇烈擾動沖擊管道和閥門，可能引起汽泵振動大；控制閥1、控制閥2 的密封面及閥芯都有吹蝕痕跡，可能是備件質量問題，或是控制閥和操作連桿，錐導圓錐孔配合動作不協調等原因。

4 機組運行時故障處理

小汽機和#1 汽泵轉子在線做動平衡。在小汽機前軸封轉子上加80g 350°的平衡塊，后軸封轉子上加80g 170°的平衡塊。加小汽機后軸封轉子上平衡塊，軸承蓋不用拆[3]。小汽機振動雖然降至合格范圍，但#1 汽泵軸承室振動增大。轉速為4566r/min時，#1汽泵驅動端最大振動為209μm，非驅動端振動為155μm。

#1 汽泵振動大，導致該泵組中間抽頭管道以及軸封水管焊縫多次泄漏。停運#1汽泵，緊急搶修小管道。PT檢測焊縫，找到裂紋部位。打磨裂紋，打光譜鑒定管道材質，焊接管道。補焊后漏點消除，運行時間不長，其他焊縫又泄漏。隔離閥閥芯脫落，系統無法隔絕。在管道外部加分半套管焊接，套管底部焊接管道，安裝1個DN25mm、PN320 的針型閥臨時排放水汽。漏點1d 后再次泄漏，帶壓堵漏。48h 后靠近#1 汽泵的第一道焊縫突然泄漏，電網負荷緊張，#1汽泵需長周期運行，沒有檢修窗口。

專業人員分析評估，振動源來自#1 汽泵。設計2 個堵頭外徑為Ф60mm，內徑為Ф44mm。割開中間抽頭管道，兩端封堵。鍋爐再熱器噴水減溫由兩臺汽泵供應，切換成另1 臺汽泵供水。加工堵頭，焊接堵頭按如下要求進行：V 型對接，坡口角度30°～35°，管道、閥門內外20mm處磨出金屬光澤,坡口鈍邊為1～1.5mm。安裝時對接間隙為2～3mm，無錯口，無強行對口。焊接前確認材質和焊接材料，確認焊機極性和氬氣流量，高頻引弧，提前送氣，滯后斷氣，確保收弧飽滿。堵頭安裝后，該#1汽泵持續運行1年，中間抽頭管道焊縫無滲漏。

5 停機后故障處理

5.1 #1汽泵進行轉子動平衡

轉子部件包含：泵軸、葉輪、所有鍵、平衡鼓、分半卡環、卡環壓蓋、壓蓋固定螺栓、調整圈推力盤、推力盤鎖緊并帽、間隔套等。實施大修前，#1汽泵轉子最大不平衡量為43.8g，要求#1 汽泵轉速為5500r/min，不平衡量為<3g。去重后最大不平衡量1.72g，符合設計規范標準。小汽機做超速試驗，前端軸承室最大振動為19μm，后端軸承室最大振動為16μm。標準為≤30μm。分析數據，確定小汽機振動較小，轉子動平衡合格。拆除小汽機轉子兩端焊接的平衡塊，恢復出廠狀態。

齒套聯軸器嚴重磨損，與泵軸配合間隙超標較多。鍵槽損壞，內外齒明顯磨損，聯軸器齒頂晃動值為0.08mm，標準為≤0.03mm，已超標。聯軸器內孔橢圓度0.06mm，聯軸器端面瓢偏0.07mm，標準均為≤0.02mm，已超標。購買1 套新的齒套聯軸器，包含聯軸器螺栓、螺母、鎖緊墊片等。整套聯軸器做動平衡，最大不平衡量2.3g,標準為≤3g，達到設計規范標準。

5.2 檢查泵軸粉探傷

工作人員檢測平衡鼓分半卡環對應部位、推力盤對應的軸肩處、泵軸變截面處、二臺、軸肩、鍵槽等部位。發現舊泵軸（聯軸器）存在裂紋，推力盤處鍵槽嚴重損壞。更換泵軸后，新軸表面光潔無裂紋、劃傷溝槽、沖刷、銹蝕等缺陷。軸頸光滑，軸頸無磨損。軸上的鍵槽尺寸符合要求。軸上螺紋完好，不倒牙。兩端軸頸處晃度值為≤0.02mm，各級葉輪口環處晃度值≤0.05mm，兩端軸套處晃度值≤0.03mm，平衡鼓處晃度值≤0.03mm，推力盤處晃度值≤0.03mm，聯軸器處晃度值≤0.03mm，軸彎曲驗收合格。

5.3 更換推力瓦和圓筒瓦

在檢查中發現推力瓦嚴重磨損，圓筒瓦烏金脫落，內孔橢圓。更換全部推力瓦和圓筒瓦。執行標準為烏金面應光滑無損傷、無脫胎、裂紋、氣孔、剝落、無電腐蝕和銹蝕、無過熱熔化、過載發白、無異常磨損等缺陷。瓦塊工作印痕大致均勻，無硬點。每塊瓦塊的烏金厚度允差≤0.02mm，推力瓦塊烏金面與背面平行度檢查≤0.01mm。整組瓦塊與推力盤接觸著色檢查，接觸印痕涂色厚薄均勻，印痕面積>75%。

5.4 制定新標準

電廠專業人員制定小汽機和#1 汽泵聯軸器中心新標準。由于#1汽泵振動大，電廠專業人員結合歷次檢修數據，2010年制定新標準：主泵高為0.05±0.01mm，主泵偏南0.03～0.05mm，開口≤0.03mm。該標準只是經驗值，需要在實踐中摸索。該#1汽泵聯軸器找正后，雖然振動有所下降，但是離期望值相差較大。由于振動的原因很多，檢修人員執行此標準一直到2020年。

綜合考慮小汽機轉子膨脹量，#1 汽泵轉子膨脹量，參考其他汽泵檢修數據，2020年10月專業人員兼顧汽泵動靜部件配合間隙，制定并執行最新標準，泵比小汽機高為0.60～0.70mm，泵偏爐側為0.03～0.05mm，開口≤0.03mm。

5.5 #1汽泵更換芯包

嚴格執行檢修工藝標準，不合格數據全部調整到合格范圍之內。為保障推力瓦安全運行，推力間隙原標準為0.40～0.75mm，修訂為0.60～0.75mm。推力間隙下限增大，可以降低推力瓦溫。芯包組裝，所有數據驗收合格，符合設計規范標準。小汽機大修。檢查發現主要問題是#1 軸瓦修前頂隙測量為0.37mm，偏離設計值為0.24～0.29mm。#2 軸瓦修前頂隙測量為0.43mm，偏離設計值為0.30～0.36mm。#1、#2 軸承蓋至瓦枕間隙測量均為0.11mm，標準為0～0.03mm。#1、#2 軸瓦上半中分面車去0.10mm，#1 軸瓦背頂部加上0.10mm 墊子鉆孔攻絲固定。處理后上述數據符合設計規范標準。小汽機大修其他數據，驗收合格。

5.6 更換折斷的支吊架

#1 汽泵長期振動大，部分螺栓已松動，需要緊固所有地腳螺栓、更換折斷的支吊架、拆除堵頭、恢復A1#1 汽泵中間抽頭管道。優化系統，新增中間抽頭逆止閥前隔離閥。該汽泵組小管道、焊縫、儀控測點孔等PT 檢測不合格的焊縫打磨補焊。

5.7 #1汽泵出口再循環閥故障檢查

閥門導致#1 汽泵出水不正常以及再循閥內漏，系統原因引起#1汽泵組振動加大。為消除故障，改進#1汽泵再循環閥控制閥的閥針和閥座材質：原材質1.4405/1.4462。重新選擇材料，提高材料等級，要求耐吹蝕、耐磨損。熱處理工藝要求改進，密封面滲氮處理，滲氮層厚度0.03～0.07mm。改進錐體和連桿材質為錐體原材質1.0460，硬度提高。連桿原材質1.4462，新材質硬度需要降低。這樣設計可以延長圓錐孔使用壽命，如發現磨損連桿，更換連桿，簡單方便。實施以后，#1 汽泵和閥門運行正常。

6 效果檢查

#1 汽泵投運后，該泵傳動端軸承室最大振動為28μm，自由端軸承室最大振動為20μm，#1汽泵中間抽頭管道最大振動為40μm。實施前該泵傳動端軸承室最大振動為115μm，自由端動端軸承室最大振動為93μm，#1 汽泵中間抽頭管道最大振動為480μm。實施后#1 汽泵、附屬管道、閥門振動較小，指標優良。通過靜態調試，動態調試，系統綜合調試，#1汽泵和再循環閥運行情況良好。

7 結語

自2009年以來，#1 汽泵振動大缺陷一直困擾著電廠專業人員。多次邀請電科院振動專家進行診斷，在線做轉子動平衡，汽泵和小汽機也數次大修，可是振動沒有明顯下降。本次技術攻關后，截至2022年8月，#1 汽泵安全運行19 個月，各參數正常，運行可靠。具體參數為：#1 汽泵與小汽機聯軸器中心標準，#1 汽泵比小汽機轉子高0.60～0.70mm，泵偏北0.03～0.05mm，開口≤0.03mm。齒套聯軸器檢修重點檢查，測量相關尺寸，根據需要做動平衡。汽泵附屬小管道加強金屬檢測。改進控制閥閥針和閥座的材質，密封面進行滲氮處理，滲氮層厚度0.03～0.07mm。改進連桿和錐體材質，連桿材質比錐體軟。零部件按要求熱處理。