火电机组汽动给水泵动静碰摩引起的振动分析
2022-07-23宋亚军马玉柱刘双白
宋亚军 ，马玉柱，刘双白
(1.国网冀北电力有限公司电力科学研究院(华北电力科学研究院有限责任公司)，北京，100045;2.中国华能.北方联合电力有限责任公司.锡林郭勒热电有限责任公司，内蒙古，026000)
0 前 言
汽动给水泵是火力发电厂的重要辅助设备，水泵的稳定运行保证了锅炉给水系统的正常运转[1]。驱动给水泵的汽轮机一般称为小汽机，如果在运行过程中发生小汽机或给水泵轴承振动大(已影响安全运行)的情况，则需要停泵处理，发电机组的出力也会随之下降甚至停机，从而带来巨大的经济损失。因此，保证汽动给水泵的正常运行具有重要意义。
本文针对某国产660 MW火电机组汽动给水泵3号轴承测点振动大的情况，详细分析了振动原因，制定了振动处理方案，成功解决了该给水泵3号轴承的振动大的问题，为同类型给水泵轴承的振动处理提供了借鉴与参考。
1 振动情况描述
1.1 汽动给水泵轴系结构
发电机组为国产660 MW高效超超临界间接空冷发电机组，机组配备单台100%出力的汽动给水泵。该汽动给水泵运行转速范围为2600～5 800 r/min，轴功率为21 073.2 kW，关闭压头为4 718 m。小汽机带动给水泵和前置泵同轴运行，具体轴系结构如图1所示。小汽机两侧分别为1号轴承和2号轴承，给水泵两侧分别为3号轴承和4号轴承，前置泵两侧分别为5号轴承和6号轴承。
图1 某厂汽动给水泵轴系结构示意图
汽动给水泵的油挡将轴承润滑油与外界隔离，起着防止润滑油溢出的作用。目前，火电机组汽动给水泵所用油挡的型式大多为迷宫式油挡。该机组的油挡型式即为迷宫式，其材质为ZALZn11Si7，油挡的结构如图2所示。
图2 汽动给水泵油挡实物图
1.2 给水泵3瓦振动情况
该泵3瓦振动在机组正常运行过程中发生过两次波动，第一次波动从28 μm波动至43 μm，然后恢复正常值，整个波动周期为13 min。第二次波动从28 μm波动至100 μm以上并直达跳机值，波动时间为7 min左右。
通过查找DCS(Distributed Control System，集散控制系统)历史数据，取两次振动波动的趋势图如图3所示。
图3 汽动给水泵3瓦振动趋势图(DCS)
根据DCS曲线时间，查找TDM(Turbine Dignosis Management，旋转机械诊断监测管理系统)数据。在机组正常运行并且负荷较为稳定期间，3瓦振动出现波动现象之前，各测点振动列表如表1所示。
表1 给水泵3瓦轴承振动波动列表
由表1可见，小汽机两侧的1瓦、2瓦振动均以一倍频为主，给水泵3瓦的振动一倍频未占主要成分，4瓦至6瓦振动一倍频均未占主要成分。由于4瓦至6瓦振动较为稳定，通频振动未发生波动，故在此仅单独分析3瓦振动的频谱，频谱图如图4所示。可见，3瓦振动除了1倍频，还有少量2倍频，通频振动以5倍频为主。
图4 机组正常运行期间3瓦频谱分析
通过查找振动波动期间的TDM数据，取趋势图上部分时间点3瓦X向的振动值，将数据列成表格如表2所示。3瓦X向振动在波动期间，2瓦和4瓦的振动数据保持平稳，未有明显变化，故列表中未列出。由表2数据可见，3瓦X向振动在波动至100 μm时，振动以一倍频为主，可见振动波动成分主要是一倍频振动分量，其它振动成分变化不大。
表2 给水泵3X振动波动列表
2 振动处理情况
本文根据上述振动数据情况，分析认为：3瓦振动在波动时，2瓦与4瓦振动值均较为平稳，并且3瓦振动波动分量主要是一倍频分量。根据振动专业知识和相关文献，在大致排除了油膜涡动、水流激振等情况后[2-4]，怀疑3瓦处发生了动静碰摩，建议立即停机检查，并重点关注3瓦处的油挡等可能发生动静碰摩的部位。
2.1 设备检查情况
机组停运后，快速进行了3瓦检查。检查发现油挡套与静止部位已经发生了较为严重的摩擦。发生动静碰摩的原因为油挡套发生了断裂，具体情况如图5所示。
图5 汽动给水泵3瓦处油挡碰摩位置及油挡套断裂处
2.2 设备再次启动
更换新的油挡套，并严格控制安装尺寸。
工作完成后，再次启机，启机后正常运行时的振动列表如表3所示。
表3 给水泵3瓦轴承振动波动列表
可见，工作结束后，3瓦振动情况与处理前正常运行时相比，振动略有上涨。这与更换的油挡套、安装时的尺寸控制、重新连接对轮中心等因素有关系。处理工作结束后，运行期间3瓦振动平稳，未再出现振动波动的情况。
3 结论
本文详细介绍了某火电机组汽动给水泵的轴系结构，分析了给水泵3瓦振动波动的原因，并通过检修处理解决了振动波动问题，得出结论如下：
1、振动发生大幅度波动时，首先要进行频谱分析，查找振动波动的频率成分，然后再进一步查找原因。
2、采用迷宫式油挡的给水泵，要防止油挡套断裂造成动静碰摩，以及引起的振动大幅度波动，从而影响机组的安全稳定运行。
