电厂高压锅炉给水泵振动原因分析及解决措施

张君辉

（上海航天动力科技工程有限公司，上海 200233）

0 引言

高压锅炉给水泵是电厂中十分重要的设备之一，如果其出现故障，则会直接导致电厂停产。振动值是高压锅炉给水泵能否长期健康运行的重要指标，振动超差严重威胁电厂生产安全，监测并分析振动值，可以保障高压锅炉给水泵健康长久运行。

振动问题十分复杂，分析解决振动问题时应该综合考虑各个方面，尽量做到以最小的代价解决问题。当出现振动超差时要及时分析振动超差原因，在振动尚未没有引起事故前及时将其解决处理。

1 设备概述

电厂中高压锅炉给水泵的作用是将除氧器储水箱内具有一定温度、除过氧的水，提高压力后输送给锅炉，以满足锅炉用水的需要。某电厂使用3 台高压锅炉给水泵，设计使用工况为二用一备。该水泵为卧式多级离心泵，额定流量为150 m3/h，额定扬程为985 m，额定转速为2990 r/min，配用高压电机功率710 kW。

3 台锅炉给水泵运行调试时发现，3#水泵驱动端水平方向出现振动严重超差现象，其他方向振动都正常，判断振动值是否合格的依据是GB/T 29531—2013《泵的振动测量与评价方法》中A 级标准，此泵属于GB/T 29531—2013 中第三类，在A 级标准中泵组最大振动值不能超过1.8 mm/s。电厂使用的检测振动仪器是手持式简便测振仪，测试时水泵流量为155 m3/h、扬程为980 m。表1 是调试时水泵振动值记录。

由表1 可以看出，水泵驱动端水平方向振动值严重超差，在此情况下水泵不能长期运行，影响电厂安全生产。电厂维修班组和水泵生产厂家对水泵同轴度、动平衡进行检查，检查发现联轴器同轴度平行为0.08 mm，角度为0.09 mm，动平衡值为21 g，基本在可用范围之内。为了解决振动问题，厂家把转子动平衡做到3 g，重新安装后同轴度水平和角度调整到0.04 mm，重新开机测试水泵驱动端水平方向振动值为8.5 mm/s，几乎没有什么变化，可见振动超差不是同轴度和动平衡的原因。

表1 3#水泵调试振动值记录 mm/s

2 结合频谱分析技术分析振动原因

该水泵生产厂家与上海航天动力科技工程有限公司在进行机泵健康诊断方面的合作研究，得知此案列后，相关技术人员带着传感器和便携式机泵健康诊断分析系统到该电厂进行振动原因的查找工作。

到达现场后首先对振动参数进行测试，振动特征值与表1一致，此外还测试了泵底脚、基础、管道振动值以及泵底脚、基础、管道振动值。由表2 可以看出，水泵驱动端底脚水平方向相比其他位置有点偏大，但是也在合格范围内。由此可以判断，振动不是由基础和管道引起的。

表2 3#水泵其他振动值记录 mm/s

测试泵实际转速为2992 r/min，测试记录各个方向振动频谱图。由于泵轴承处其他值都处于优的范围内，图1 只给出泵驱动端水平方向振动频谱图。

图1 泵驱动端水平方向频谱图

由图1 可以看出，此泵振动主要是由1 倍频49.87 Hz 引起。根据经验，引起1 倍频振动超标的常见原因有以下5 个。

（1）联轴器同轴度超标。同轴度超标包括平行不同轴、角度不同轴和综合不同轴3 种故障，其中综合不同轴是平行不同轴和角度不同轴同时存在，这3 种故障都能引起1 倍频超标并且非常常见，3#水泵开始存在综合不同轴问题，但是经过调整好振动没有改善，可以说明不是同轴度的问题。

（2）转子不平衡。转子不平衡是泵振动的常见原因，相关统计泵振动故障70%左右都由不平衡引起，转子不平衡的主要振动特征是1 倍频振动大，并且是1 倍频振动远远大于其他频率，一般是驱动端和非驱动端振动同时存在，本列中振动特征符合转子不平衡特点，但是转子做完动平衡后并没有解决问题，可见此次故障不是动平衡引起，其实本例中只有驱动端振动较大，没有必要立即拆泵去做动平衡，多级泵由于级数较多拆解很费时间并且难度较大，应该先验证排除那些好处理的故障，本次事故水泵生产厂家就对水泵拆解进行了动平衡浪费了很多时间和人力物力。

（3）基础或者连接螺栓松动。基础或者连接螺栓松动能够引起1 倍频振动大，一般同时也会引起0.5 倍频、1.5 倍频、2.5 倍频之一的振动大。对3#水泵基础和连接螺栓进行了紧固，没有发现松动问题，排除此项故障。

（4）底脚未调平。由于底座加工表面或者泵、电机底脚加工存在问题时，需要安装时对泵和电机加垫片进行调平，如果调平不合格时会引起1 倍频振动大现象，根据表2 测试记录，3#水泵驱动端底脚振动大，有很大可能存在底脚未调平问题，为了验证和排除此项故障，对3#水泵进行调整，松开4 棵底脚螺栓，发现驱动端右侧螺栓松开和紧固时对联轴器同轴度有0.15 mm 影响，因此可以判定此底脚存在问题，此处底脚加入合适垫片后，在泵联轴器处架设百分表，当紧固和松开4 棵底脚螺栓百分表读数变化小于0.03 mm 时说明调平成功。调平成功后再次开机进行测试，泵驱动端水平方向振动值下降到7.5 mm/s，说明底脚未调平是引起振动的原因之一，但不是振动值超标的根本原因，因为频谱图的1 倍频十分突出。

（5）轴弯曲。轴弯曲一般能引起1 倍频轴向振动大，并且本次泵做动平衡时对转子打过跳动，转子跳动值是0.06 mm，在技术要求范围内，可以排除轴弯曲的原因。

3#泵本次调试振动值超标，由测量值来看，好像只是一个简单的1 倍频振动超标，但是可以排除常见的5 种1 倍频故障问题，所以需要进一步研究分析振动的原因。

3 振动最终原因查找和解决措施

由于3#水泵只有在驱动端水平方向1 倍频振动超标，其他方向都能达到标准要求的A 级水平，说明3#泵振动应该由驱动端引起，上面查找原因时已经排除了常见的引起1 倍频振动超标的原因，现在怀疑故障可能由联轴器引起。

本台水泵使用的是弹性柱销联轴器，拆掉柱销后，对联轴器各加工尺寸进行测量，联轴器各加工尺寸都在合格范围内，在测量时发现水泵泵轴联轴器柱销孔间距d 不一致。用游标卡尺测量，测量泵轴联轴器柱销孔间距最大处为56.9 mm，最小处为56.2 mm，误差为0.7 mm（图2）。联轴器柱销孔间距测量一般是小于0.2 mm 为合格（如果联轴器是人工用普通钻床加工的一般可放宽到0.3 mm），3#水泵泵联轴器误差为0.7 mm，为严重超标。这种误差超标可能是加工时工装松动导致的。此次3#水泵振动超标有可能是柱销孔间距超差导致，需要对其进行更换测试。

新泵联轴器发到现场后，测量间距误差为0.2 mm，更换泵联轴器并将联轴器同轴度调整到0.05 mm后开机测试，振动值全部达到国家A 级标准，其中泵驱动端水平方向振动值为0.8 mm/s（表3）。振动值合格后的水泵驱动端水平振动值频谱图如图3 所示。

图2 联轴器柱销孔间距d 测量

表3 更换联轴器后3#水泵调试振动值记录 mm/s

图3 更换联轴器后水泵驱动端水平方向振动频谱图

高压锅炉给水泵的正常运行，为电厂按时投产提供了保障。

4 故障再现试验及故障特点总结

本次高压锅炉给水泵振动问题是由于泵联轴器柱销孔间距超差导致，目前对于联轴器柱销孔间距超差引起水泵故障的研究和试验还很少有人做，为了确定联轴器柱销孔加工误差对水泵振动的影响程度，和此故障的表现形式，方便以后解决振动问题参考，上海航天动力科技工程有限公司决定和水泵生产厂家合作，在水泵生产厂家水泵试验台进行联轴器柱销孔间距超差故障再现试验。

本次试验针对卧式多级离心泵、卧式双吸离心泵两种泵型各2个泵型号，使用柱销孔误差联轴器数据为0.3 mm、0.4 mm、0.5 mm、0.6 mm 和0.8 mm 共5 种。经过测试发现：

（1）联轴器柱销孔误差对双吸泵和多级泵有不同影响，多级泵影响更大，误差0.3 mm 及以上时振动快速加大，双吸泵0.5 mm 及以上开始快速变大。

（2）振动频谱主要以1 倍频为主。

（3）柱销孔间距误差引起的振动都是水泵驱动端振动大，非驱动端振动处于合格范围内或者基本是驱动端的1/2 以下。

（4）电机振动特征同水泵。

由以上可以得出，水泵或电机驱动端振动较大并且非驱动振动不大时即可以考虑存在联轴器柱销孔超差故障，有测量频谱条件时可以测量振动较大方向频谱，此故障以1 倍频为主，由于对不同规格水泵柱销孔偏差影响有区别，假如出现了驱动端振动较大而非驱动端振动不大现象时，即便柱销孔间距误差只有0.3 mm 也应该更换为误差0.2 mm 以下联轴器测试。

以上试验结果特征写入上海航天动力科技工程有限公司机泵健康诊断系统故障库，这样机泵健康诊断系统监测运行水泵振动时可以根据监测振动结果自动给出诊断结果。

5 总结

泵的振动通常是一项复杂和难解决的问题，其诱因包括机械、管道、基础、水力和电力等方面，如果没有足够的经验和合理的分析方法，就会出现误判并浪费大量的时间和财力。本例中开始就怀疑动平衡有问题，急于选择拆解多级高压锅炉给水泵做动平衡，浪费了时间和工作还没有解决问题。后来通过频谱分析和相关经验相结合，分析并找出了产生振动的根本原因是联轴器孔间距加工误差，通过更换合格联轴器解决了此次振动问题，以最短的时间和最小的经济代价完成了此次事故处理。本次处理事故后及时对该故障进行故障再现试验，总结出此类故障振动特征，便于同类事故参考，同时完善了上海航天动力科技工程有限公司机泵健康诊断系统故障库，具有积极意义。