汽动给水泵轴振大原因分析及对策

林 森，李凡林，张 美，方 俊，张大伟

（淮南矿业集团发电有限责任公司，安徽 淮南 232033）

0 引言

汽动给水泵作为火力发电厂重要的辅机设备之一， 其运行可靠与否将对发电机组的安全生产产生直接影响。 某电厂在机组停运期间对一台汽动给水泵芯包进行了更换，重新投运给水泵时，其4 号轴瓦处轴振异常增大导致出力受限，发电机组无法满负荷运行。 基于对设备结构的了解及对故障现象的深入分析， 技术人员对轴振增大的原因给出了准确的判断并安排设备返厂修复。 本文着重对上述故障的异常现象、 原因分析及检修等过程进行了详细的介绍。

1 汽动给水泵设备简介

某电厂锅炉补水采用汽动给水泵。 给水泵型式为卧式、离心、多级筒体式，由筒体及芯包两个主要部件组成。其中筒体支承在型钢结构的泵座上，与给水管路采用焊接连接方式， 筒体上有一中间抽头口以提供再热器减温水；芯包位于筒体内，与筒体一起构成泵的主压力边界，通过联轴器连接与小汽轮机，可以整体从泵筒体内抽出。 芯包由泵轴、 叶轮及导叶、平衡鼓、径向轴承、推力轴承、轴端密封等组成。

汽动给水泵相关参数见表1，泵组示意图如图1。

2 设备异常过程

图1 汽动给水泵组示意图

表1 汽动给水泵参数表（部分）

2018 年2 号机组启动，2 号机 B 汽动给水泵转速达4 100 r／min 时，自由端内、外侧推力瓦温度分别为63 ℃、78 ℃，润滑油压力 0.23 MPa，与给水泵芯包更换前比较，内外瓦温增加约10 ℃、35 ℃，油压增加0.05 MPa。 后试验将系统润滑油油温由40 ℃降至35℃，推力瓦瓦温有轻微回落，但该泵4 号瓦轴振发生突变，振动在 X 向由 24 μm 升至 75.6 μm，Y 向由22 μm 上升至63.4 μm，但现场测量轴瓦振动值正常。

12 月 18 日停运 B 汽动给水泵， 对 4 号轴瓦和推力瓦进行检查未见明显损伤， 于是对4 号轴瓦瓦面进行了简单清理后再次启动该给泵。泵组启动后，4 号轴瓦振动无明显改善。

当日再次停运2 号机B 汽动给水泵，对油管、轴承进行检查，拆除了3 个轴承箱进油管的节流孔板，调整4 号轴瓦紧力并将推力瓦顶部回油口均流罩向上撬起一定角度增加回油量。

12 月19 日，第二次启动B 汽动给水泵，润滑油压降为0.19 MPa， 内外推力瓦温度分别下降约20 ℃、15 ℃。 低转速状态下振动正常， 但转速大于3 500 r／min 时 ，4 号轴瓦处轴振 X 和 Y 向值呈上升 趋势， 转速3 600 ～3 700 r／min 时轴振动达到 80 μm，最大至 90 μm。

12 月20 日，第三次停运B 汽动给水泵，将芯包更换为检修前原使用芯包。 12 月22 日，2 号机B 汽动给水泵第三次启动，4 号瓦轴振恢复正常， 推力瓦温度恢复正常。

上述过程相关参数对比详见表2。

表2 汽动给水泵组历次启动相关参数对比表

3 异常现象原因分析

3.1 推力瓦温度高的原因分析

此次汽动给水泵出现异常值的参数为推力瓦内外侧温度及润滑油压力。经对比两个芯包，故障芯包的推力瓦进油管节流孔板未拆除， 另一芯包推力瓦无节流孔板。咨询设备厂家，其回复节流孔板不应保留。在拆除节流孔板后，推力瓦内外侧温度及润滑油压力均有较大幅度下降，但仍未达到正常值。

正常情况下，给水泵轴向推力的70%～95%应由平衡鼓来平衡。 如平衡鼓平衡的轴向推力因异常原因减少，则推力瓦的负载势必改变。而负载的改变可以直接从推力瓦的瓦温进行判断，这是因为：负载变化，推力盘与两侧推力瓦的间隙将会发生改变，由此进入两侧间隙的润滑油量将发生改变［1］；在润滑油需带走的摩擦热量一定的情况下， 进油多的一侧瓦温下降，进油少的一侧油温上升［2］。

由表2 看出， 推力瓦内侧温度19 日比22 日的值低 10 ℃、外侧温度 19 日比 22 日的值高 20 ℃。 由此推断19 日的推力瓦温度异常是由平衡鼓损伤导致推力瓦运行工况发生变化导致。

此外润滑油压22 日比19 日的值略低， 可认为在19 日整个油路上的阻力略大。由于在拆除3 个轴承箱润滑油进油管节流孔板前4 号瓦轴振已经升高， 无法判断是推力瓦还是4 号瓦异常导致油压略有升高。 此情况可作为推力瓦工况异常的一个不充分判断依据，因此也予以提出。

3.2 4号轴瓦轴振大的原因分析

4 号轴瓦轴振增大是在汽动给水泵润滑油温降低的过程中发生的，虽经反复调整，并无向好趋势，最后迫使电厂对芯包进行了更换。 图2 是12 月17日 20∶00—21∶20 时间段内汽动给水泵转速、4 号瓦处X 向Y 向轴振值、润滑油温的变化曲线。

图2 转速油温与轴振历史曲线图

对振动进行频谱分析， 其振动主要以一倍频振动分量为主，振动性质属于普通强迫振动。给水泵轴为柔性转轴，这种轴在转速升高的过程中，其挠曲将发生改变，转轴平衡状态将发生改变，转轴的不平衡力将增加［3］。 结合给水泵振动值随转速持续增加这一现象， 判断给水泵轴系存在不平衡是造成给水泵振动大的主要原因。 由于目前已判断出的给水泵平衡鼓可能损坏，则其应为振动产生的主要原因。至于为何4 号瓦处轴振大而其他位置轴振正常， 判断可能是因为此处轴承座变形、 轴系载荷不平衡或者转动部件松脱。但由于现场条件有限，这3 种可能性无法进一步甄别验证。

为何在油温变化时发生轴振增大的异常情况是需要解决的难题。一般油温变化对振动的影响为：油温过高， 使冷却轴承的效果不好， 造成轴承温度升高；油温升高还会使润滑油的黏度下降，容易引起局部油膜破坏，润滑失效，降低轴承的承载能力，甚至发生润滑油碳化而烧瓦［4］。 油温过低，会使油的黏度增加，从而使油膜润滑摩擦力增大，轴承耗功增加；油温过低还会使油膜变厚， 产生因油膜振动引起的设备振动［5］。 上述两种情况一般是在油温大幅度变化时才会发生， 且如果时间较短只要及时恢复油温在正常范围内，设备振动会回归正常值。但本次振动大的现象和结果与上述情况均不相符。

回顾图2 可见在润滑油温持续下降的过程中，给水泵经历了一次升转速过程， 在这期间发生了轴振动值的突变上升。分析现象，合理的解释是由于给水泵转速升高，导致平衡鼓摩擦进一步加剧，轴振突然增加，油温变化与振动无直接关系。

4 给水泵解体检查及修复情况

故障芯包返厂后，经解体检查，发现其主要存在3 个方面的缺陷：平衡鼓发生偏磨，这是造成振动大的直接原因；4 号径向轴瓦检查发现椭圆，对轴瓦油膜建立存在影响；轴承支架检查发现变形。

以上是造成振动的主要原因。平衡鼓偏磨、径向轴瓦椭圆是由于支架变形情况下机组运行发生磨损，支架变形是由于芯包投运时间长发生了偏移。针对上述问题，解体检修采取了以下几方面措施：

1）按产品说明书中的解体步骤及检修规范对给水泵进行完全解体，所有零件清理干净，并逐件认真检查，复检关键配合面、密封面尺寸公差。

2）主轴修复：全轴校跳动最大值小于0.02 mm，擦白、着色探伤、磁粉探伤、复检主轴各档轴径公差尺寸。

3）叶轮清洗清理。

4）径向轴瓦维修：更换新件。

5）平衡鼓维修：抛光外表面。

6）机械密封整修。

7）更换所有密封件的常规易损件。

8）复装并进行动平衡检测调校。

在完成解体修复工作后，芯包运返电厂，并在1 号机组检修期间回装至1 号机组B 汽动给水泵，设备运行良好，各项参数正常，缺陷确认消除。

结合事件发生时的异常现象及解体检查发现的缺陷，对整个异常事件的梳理过程简述如下：

1）支架变形导致平衡鼓偏磨、径向轴瓦椭圆。

2）受平衡鼓轻微损伤及润滑油节流孔板未拆除两个因素影响，推力瓦内外侧瓦温不正常升高，润滑油压高。

3）汽动给水泵转速进一步提高，使平衡鼓磨损加剧，同时受4 号轴瓦椭圆及油温小幅降低影响，油膜建立不正常，导致X 和Y 方向轴振突增。

4）节流孔板拆除后，润滑油流节流阻力减小，润滑油压大幅度降低，但平衡鼓的缺陷无法消除，轴振无好转。

5）更换芯包，其平衡鼓正常运行，推力瓦受到的轴向推力在正常范围，内外侧瓦温回归正常，4 号瓦处油膜建立正常，轴瓦振动正常，油压正常。

5 结束语

汽动给水泵芯包作为整体部件， 一般情况下由于部件本身原因导致泵组异常运行的可能性较小。本次异常事件的发生，提醒我们对于重要的转动辅机，根据其运行工况、运行时间进行轴系支撑系统及动静结合面处的预防性检查是十分必要的。 希望对这一异常事件的分析诊断过程能为其他电厂处理此类问题或进行设备维护保养提供有益的经验参考。