大型锅炉水泵振动故障分析与诊断方法

张丹 邹有序

摘要：锅炉给水泵在运行中除了典型的出力不足、密封部件泄漏、轴瓦发热等问题外，破坏性最大的就是振动问题。造成振动的因素较多，多个方面都有可能引起振动，本文简单介绍给水泵的振动影响因素及处理办法。

关键词：锅炉水泵；振动故障；诊断方法

引言

锅炉给水泵是发电厂锅炉供水最重要的辅助设备，给水泵振动过大会造成设备损坏，甚至造成锅炉和汽轮机组停运，所以其安全可靠性尤为重要。

一、锅炉给水泵结构与技术参数

某动力站锅炉DG85 67X8给水泵为多级分段卧式离心泵，共两台，一用一各。为65t/h自各电站锅炉输送除氧水。单机试运时发现：泵661运行平稳，各部位振动都不超标；泵662振动异常，振幅从电机端到泵端依次增大。

泵662也只能作为紧急备用，即当泵661出现故障需要检修时才短时间顶用。同时又发现同等负荷下泵662比泵661电流稍高，且电机外端轴承温度高、平衡盘磨损快。

给水泵介质为除氧水、104～C，额定转速2970r/min，给水泵额定流量85m3/h、扬程536m，电机功率220kW、电压6000V、额定电流26.6A。1#轴承型号SKF6218；2#轴承型号NU218；3#、4#轴承为滑动轴承，内径60mm、宽度60mm。额定转速时振动值≤30 u m（全振幅）。

二、机泵振动分析及诊断处理

2.1排查

（1）给水泵与电机对中不好。用双表复查联轴器对中值，轴向和径向最大偏差为O.06mm，都在允差范围内。可以排除此原因。

（2）转子与定子有碰擦现象，引起机泵振动。脱开联轴器，单试电机，运行平稳。将给水泵解体检查，转子与定子无碰擦磨损的痕迹，只是平衡盘有磨损，约O.8mm。这一因素可以排除。

（3）轴瓦间隙、润滑油温度等参数控制不当。此次解体大修，严格按照《石油化工设备维护检修规程》和该设备《安装使用说明书》复查和调整了轴瓦间隙、瓦背紧力等，全部达到要求。润滑油的牌号、温度、黏度等都和泵661完全一样，泵661已经平稳运行7年，所以振动原因也不在润滑油上。

（4）转子弯曲或存在动不平衡。解体后，首先对电机转子和泵轴进行了弯曲度检测，结果电机转子和泵轴最大径向跳动为0.02mm和0.03mm，都不超标。然后又将电机转子和给水泵转子（在泵轴上装好所有叶轮、平衡盘、靠背轮等）外送进行动平衡试验，未发现不平衡现象。

（5）半速涡动与油膜振荡。涡动就是转子轴在轴承做高速旋转的同时，还环绕某一平衡中心做公轉运动。半速涡动就是轴径公转涡动频率近似为转速频率的一半。资料介绍，半速涡动实际涡动频率约为0.43～0.48倍转速频率。随着转速的升高，半速涡动成分的幅值逐渐增大，直至转速升高到临界转速的两倍附近时，涡动频率与转子临界转速频率相重合，于是，转子轴承系统发生激烈的油膜共振，也就是油膜振荡。

通过认真分析，发生油膜振荡的可能性几乎没有。第一，机泵的额定转速为2970r/min，机泵在该转速以下无临界转速，所以不存在机泵的转速达到临界转速两倍附近的条件，涡动频率与转子临界转速频率重合的现象不会出现；第二，润滑油温度和黏度对油膜振荡影响很大，通过调节冷却水流量改变润滑油温度和黏度试图降低轴承振动值，结果收效甚微；第三，泵661与泵662在结构尺寸、负荷、转速、润滑、冷却等方面完全一致，泵661能够长期平稳运行，证明产生油膜振荡的可能性几乎没有。

（7）电机四个底角与底座接触受力不均匀，俗称“电机吊脚”。重新测量了电机底座的水平度，不超差。更换了备用电机，振动依然存在。每次松开一个电机地脚螺栓试运，振动值几乎不变。由此可以排除此原因。

（8）用HG 8904C旋转机械故障诊断系统采集数据，进行频谱分析。特征频率以1×、4X为主，伴有3×、5×频，同时存在2×和5×以上高频，频率显示非常乱，似乎是由多种原因引起的振动。

但之前几乎对可能引起机泵振动的所有原因都进行了排除，更不可能同时存在造成振动的多种因素，问题的查找又一次陷入困境。

2.2分析

在此情况下，技术攻关小组决定换一个思路：先放弃振动原因的查找，转而分析其他次要故障，如电机外端轴承温度高、平衡盘磨损快、电流偏高等。首先检查平衡系统，平衡盘问隙和硬度、平衡管和平衡孔及垫片直径都没问题。但平衡盘磨损快、电流大却证明转子的轴向力未得到有效平衡，是否有什么原因对水泵转子施加了额外机械力，于是把视线转移到联轴器上。泵662使用的是弹性柱销联轴器，经过测量，两个靠背轮之间的端面间隙为4.2mm，符合要求。在测量平衡盘问隙时，需要从靠背轮之间的端面间隙处撬动，使水泵转子向高压端移动，凭经验感觉需要的力过大，且有弹性。

图1中的10个弹性柱销（每个弹性柱销都是由多个弹性体组合而成）分别与靠背轮上的孔配合，当每个柱销螺栓拔紧后，弹性柱销在螺栓紧力的作用下变形，与孔抱紧，导致两个靠背轮之间的轴向相对运动困难。后果是：

（1）当机泵带负荷运行时，随着工作压力的变化，在平衡系统的作用下，水泵转子会出现动态的轴向移动，正常情况下两个靠背轮之间发生相对轴向位移，即水泵转子轴向移动不会对电机转子施加过大的轴向力。但在两个靠背轮之间轴向相对运动困难的情况下，水泵平衡系统的轴向平衡力就会通过联轴器传递给电机轴承，也就是说，联轴器将电机转子和水泵转子强行拉向中间，由此在电机轴承和水泵平衡盘上都施加了一个额外的机械力。

（2）上述额外机械力抵消了部分平衡力，导致平衡盘与平衡板不能完全脱离，出现磨损。

（3）上述额外机械力也造成了电机1#轴承温度升高。

（4）平衡盘机械摩擦是泵662电流偏高的原因。

（5）上述四个非正常状态是机泵整体振动的原因。

2.3处理

（1）将10个弹性柱销外径车掉lmm，安装试运，振动值有所下降，见到了效果，说明查找原因的思路是对的。

（2）逐渐减少10个弹性柱销螺栓紧力，机泵振动值也随之下降。

（3）将原弹性柱销联轴器更换为轴向、径向补偿性更好的金属膜片联轴器。至此机泵长期存在的振动等非正常状态全部消除。

三、结束语

在此次查找多级分段卧式锅炉给水泵662振动原因的过程中，虽然花费了较长的时间和精力，走了一些弯路，但也积累了一些多级离心泵检修与维护方面的经验和教训，现归纳如下。

（1）引起多级分段卧式离心泵振动的原因很多，联轴器弹性柱销过紧虽然不是常见原因，若一旦发生，很难想到，必须引起重视，尤其是在常见原因都排除之后。

（2）当多级泵振动，伴随电机轴承温度高、平衡盘磨损快、电流偏大等现象时，若确认平衡系统无问题，就应该考虑联轴器结构与安装是否合理。