超临界机组汽动给水泵振动原因分析及处理措施

超临界机组汽动给水泵振动原因分析及处理
朱宝森
（潍坊公司生技部）
摘要：某厂超临界670MW机组配备两台汽动给水泵，在试运阶段出现过给水泵轴瓦突振现象，运行一段时间以后，出现突振的次数增多，振动幅值增大，持续时间增长。

经振动故障诊断分析，存在明显低频振动分量，判断为给水泵轴瓦问题。

经过对轴瓦进行处理，轴振突振明显减小至报警值以下，突振现象减少或消失。

关键词：给水泵；轴承；突振；油膜涡动；顶隙
一、前言
某厂一台超临界670MW机组配套两台（以下称为“A、B”）50%容量汽动给水泵(以下简称“汽泵”)。

配套汽轮机型式为单缸、单流、冲动式纯凝机组，最大功率为13.5MW，运行转速为2800-6000 r/min。

A、B汽泵型号为FK4E39-SC，四级卧式、筒体芯包结构,额定转速为5865r/min，轴端密封型式为迷宫密封。

汽轮机和汽泵之间由齿形联轴器连接。

#1、#2轴承均为可倾瓦轴承，#3、#4轴承为园筒型轴承。

每个轴承安装有两个斜450 X、Y向速度探头，用来测量轴振。

汽泵组轴系型式如下：
图一汽泵组轴系图
二、振动情况描述：
2006年8月15日，A汽泵#4轴振振动突振出现，随后#3、#2、#1轴承出现了同样的振动突振，不过副值较小。

类别幅值（µm）
轴振4X 23-102
轴振4Y 15-87
瓦振垂直 20
瓦振水平 30
瓦振轴向 15-22
表一 A汽泵#4轴承及轴振发生突振时的振动幅值
A汽泵#4X向振动由23µm瞬间跳变到102µm，立即恢复到25µm的轴振水平。

表一为发生突振时所测的瓦振及轴振值，由于轴振动的突发性，在测量时无法扑捉到振动突升时的轴瓦振动。

2007年1月16日，B汽泵#4Y向轴振出现瞬间突振现象，然后瞬间降低到40µm。

类别幅值（µm）
轴振4X 26-114
轴振4Y 30-110
瓦振垂直 18
瓦振水平 30
瓦振轴向 18-36
表二 B汽泵#4轴承及轴振发生突振时的振动幅值
在A、B汽泵在转速为5650-5700r/min段之间频繁出现轴振突振现象，以#4轴振突振现象最为明显，振动发生前后轴承瓦温和汽泵转速变化很小，振动持续时间很短，轴系中的#1-#3轴承也存在相同的振动突升现象，但突振增加的幅值较小，一般为10µm -15µm，A、B泵振动现象一致。

2007年9月08日，B汽泵转速在4800-4900r/min 时，#4Y向轴振出现突变，突变频率加大，两天后，突振现象消失。

三、初步检查分析：
针对A、B汽泵轴振出现突振问题，该厂召开多次专题讨论会，先后采取提高油温和降低转速等方法进行干预，但效果均不明显。

厂方技术人员认为两台汽泵芯包为进口英国WEIR公司芯包，不会出现问题。

但需在检修中检查汽泵轴瓦结构尺寸及乌金情况，检查水泵进出口管道的支吊架悬挂情况。

如果上述检查都没有问题，则按以下标准控制振动：控制轴振X\Y 向在150µm以下，轴承振动只控制垂直振动50µm以下。

即只要轴振（X\Y 向）超过150µm或轴承垂直振动超过50µm，则必须停泵检修。

利用检修机会，该厂对A、B汽泵轴瓦进行了揭瓦检查，测量轴瓦间隙及紧力，均符合制造厂标准（间隙：0.16-0.23 mm；紧力：0-0.03 mm）。

现场检查轴瓦乌金表面也没有发现脱胎及损坏现象；检查汽动给水泵进出口支吊架没有发现脱落或松驰。

四、振动原因分析：
2009年05月01日，A、B汽泵轴振频繁出现突振现象，并且振动出现的转速进一步降低为4200-4400r/min，振动持续时间加长，#4轴振副值均在120µm左右， #4轴承振动增大，水平振动最大到140µm，且存在波动现象，垂直振动在50µm。

测量轴承振动频谱情况如下：
图二 A汽泵#4 Y向振动频谱图（测量转速由4856 r/min升高到5022 r/min）
图三 B汽泵#4X向振动频谱图（转速为4897r/min）
从振动的频谱分析来看，A、B汽泵轴振频谱以低频0.40X（倍频）为主，幅值约60µm左右，大大超过了工频幅值，判断为油膜涡动，应对轴瓦进行处理。

五、振动处理措施：
(一)第一次处理：
5月14日，停A汽泵，对#3、#4轴瓦进行揭瓦处理，打开#4轴瓦下瓦，接触面有较明显的“擀”接触痕迹，部分区域出现龟裂。

#3轴瓦情况较好，但也出现了轴径的涡动痕迹。

图四 A汽泵#4轴瓦下瓦损坏情况
当轴承发生油膜涡动时，涡动速度较高，间隙中的油液存在很大压力差，容易在油孔、油槽以及轴承剖分面的接口处，发生强烈的涡流或断流，产生油气蚀，造成轴瓦乌金损坏。

另外，轴振突振，在轴承乌金的表面引起交变的拉应力和剪切应力，剪切应力很容易使轴瓦表面产生疲劳裂纹。

从图四看，裂纹的部位正处在油膜应力梯度很陡的位置。

1、根据现场情况，采取了如下的处理方案：
（1）、降低轴瓦顶隙为1.2-1.5‰D（轴径直径）。

（2）、降低轴承下瓦接触面积，宽度由原来的65mm，调整到55mm。

即下瓦的两端分别括削5mm为不接触，接触部分和不接触部分要有圆滑过渡。

（3）、为防止采取以上措施后导致油温升高，将下瓦开人工油囊，深度掌握在0.20mm-0.30mm，面积为投影面积的1.5%;将#3、#4轴承的进油孔由12mm扩至14mm。

测量及调整后的轴瓦间隙、紧力如表三：
轴瓦编号轴瓦间隙（mm）轴瓦紧力（mm）瓦口间隙（mm）轴承宽度（mm）
修前修后修前修后修前修后修前修后#3 0.19 0.16 0.02 0.02 0.07 0.06 65 55
#4 0.24 0.19 -0.12 0.03 0.07 0.07 65 55
表三 A汽动给水泵#3、#4轴瓦间隙及紧力检修情况
2、对#
3、4轴瓦处理后，又制定了如下的运行调整措施：
（1）、提高润滑油压力至高油压区运行，由0.12MPa提高到0.15MPa 运行。

（2）、参照苏尔寿芯包轴封水的控制要求，降低轴封水调节门的开度，由调门关小前的水温差5℃，提高到14℃运行。

A汽泵启动后，转速最高升至5600 r/min，没有出现突振。

正常运行方式10个小时后，#3、#4轴振又出现了突振现象，最高至123µm，初步处理不成功。

（二）、第二次处理：
根据轴瓦处理后的瓦温及振动情况，该厂决定将轴瓦顶隙进一步缩小到0.8-0.9‰D(轴径)，即控制到0.117-0.104 mm。

同时，适当增加轴承负载，将下瓦乌金厚度提高0.05mm，控制新瓦的瓦口间隙为0.08mm。

按以上处理方案对A汽泵轴瓦揭瓦处理，发现#4轴瓦下瓦油囊的边缘部位又出现了疲劳裂纹。

参考部分检修资料要求，决定不进行人工开刮油囊，采取现有轴瓦的机加工油囊，防止油囊刮削不规范，振动产生后对油囊造成损害。

A汽泵轴瓦经以上处理，启动运行后，轴振动有了根本改善，由最高123µm降低到30µm左右。

采用相同的处理办法，对B汽泵轴瓦进行了处理。

经过一个月的观察，A、B汽泵轴振突振次数明显减少，突振幅值和振动持续时间明显降低，在一个月的时间里，只突振了3-4次，一般只突振到40µm左右，就立刻衰减为正常振动水平。

经上述处理后，轴瓦温度升高不明显。

由于轴瓦的瓦温测点实际测量的是瓦胎的位置，真实的轴瓦乌金温度比显示的瓦温要高。

六、结语
该厂A、B汽泵轴振出现突振现象，从频谱分析到处理经历了一个星期的时间。

由于油膜涡动后，轴承间隙处理没有参考标准，控制到多少合适
没有现成的经验可以遵循，通过实践摸索，部分解决了汽泵轴振突振现象，为同类型汽泵相同振动原因轴振突振的处理提供了参考。

参考文献：
参考文献1 《汽轮发电机组振动及事故》施维新中国电力出版社 1998年10月
参考文献2 《FK4E39-SC型给水泵运行及维护说明书》。