330 MW机组给水泵汽轮机振动分析及对策

王滨，朱宝森，赵毓胜，彭德军

(1.华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204;2.青岛科技大学，山东 青岛 266042)

1 给水泵汽轮机概况

某发电公司330 MW汽轮机配置1台100%容量的汽动给水泵和1台50%容量的电动给水泵。汽动给水泵为80CHTA/4型筒式多级离心泵，由100%容量的单轴、单缸、新汽内切换、凝汽式给水泵汽轮机直接驱动。给水泵汽轮机的额定转速为5400 r/min，一阶临界转速为2 545 r/min，二阶临界转速为11721 r/min，运行转速范围为3 100～5 900 r/min。

给水泵汽轮机和汽泵用活动式齿形联轴器连接。支撑给水泵汽轮机的#1，#2轴承主要由5块可倾瓦组成，安装在给水泵汽轮机下缸上。汽动给水泵组轴系形式如图1所示。

图1 汽动给水泵组轴系

2 给水泵汽轮机出现的振动情况

2009年6月3日，机组负荷为261.9 MW，给水泵汽轮机转速为4888 r/min，给水泵汽轮机#2轴承x向轴振由71.2 μm 瞬间突增到90.7 μm，3 min后下降至65 μm。同时，#1轴振也发生了相应变化，其x向轴振最大达71.2 μm。类似现象在此后1个多月内又多次出现，具体情况见表1。

从表1可以看出，给水泵汽轮机的轴振与负荷变化有关，在负荷突升和突降的过程中，表现特别明显。#2轴承x向轴振频谱图如图2所示。

图2 #2轴承x向轴振频谱图

3 振动原因分析及处理

3.1 振动原因分析

通过现场测振，给水泵汽轮机#1，#2瓦的盖振(水平、垂直、轴向3个方向)并不大，只有#2瓦水平方向的盖振为62 μm，其余都在15 μm以内，油温正常。汽动给水泵#3轴瓦盖振水平方向最大，为49 μm，汽动给水泵的瓦振 (#3，#4轴承)超过了给水泵汽轮机的瓦振(#1，#2轴承)，且振动频谱以1倍频振动为主(如图2所示)。在水平结合面上距离差为100mm处，对基础轴承座连接刚度进行了检测，差别振动为2 μm，作者认为振动主要是由转子转动不平衡引起的。

3.2 第1次处理

2009年10月1日，机组在低负荷期间，对汽动给水泵进行了检修。在拆卸过程中，作者发现汽动给水泵转子有明显的磨损痕迹，磨损点在驱动端机械密封的冷却室，泵体口环处有严重的磨损现象。汽动给水泵平衡盘处的支持环整圈有严重的不均匀冲蚀现象，整个支持环最薄处轴向仅剩2.5 mm。因磨损严重，将原芯包整个更换。10月4日开机后，瓦振测量正常。分析并总结振动的具体原因有以下2个方面:

(1)由于口环间隙不均匀变大，造成水泵转子转动精度降低;再加上转子碰磨引起水泵支撑刚度变化，从而引起临界转速的变化。

(2)由于水泵平衡盘支持环冲蚀，造成泵运转质量的不平衡，它所引起的振动随水泵支持环冲蚀程度而增大，造成水泵转子振动随转速和时间缓慢增大。

3.3 振动出现的新情况及原因分析

2009年10月6日，#2轴承轴振再次增大，最大轴振为74 μm。10月7日，轴振达到报警值75 μm，盖振也达到100 μm，根据盖振大于轴振的实际情况，可判断出轴承座部分出现共振且振动呈明显的沿联轴器增加的迹象。从该瓦振、轴振测量信号的频谱分析表明，其振动以1x频为主，查阅复装时的中心数据为泵高0.015 mm，上扒口为0.010 mm，泵偏电侧0.045 mm，中心正常。随后检查了#2轴承的温度和进、回油温度，轴温较修前下降，#2瓦的载荷明显过低。通过现场测温，发现汽动给水泵地脚螺丝基础处温度偏高，达到100℃左右，而给水泵汽轮机#2轴承基础处温度为环境温度，两者相差达70℃左右。综合振动频谱、中心和瓦温数据，作者分析认为，该振动是由激振力引起的，其原因是:由于给水泵汽轮机和泵体的基础框架受热不均引起的热、冷态膨胀差异，造成热态时转子中心不正，导致轴承振动再次增大。

3.4 第2次处理

2009年10月7日，对汽动给水泵组进行了第2次处理。拆卸联轴器重新复中心时，考虑到热态泵转子和给水泵汽轮机转子的温差，将水泵中心下落了0.65mm，最后的中心结果为泵高0.100mm，泵偏东0.090 mm，下扒口0.065 mm，东扒口0.030 mm。

重新启动后，给水泵汽轮机轴振由修前的70 μm下降到38 μm的正常水平，但#2瓦盖振仍然很大，转速在低于 4 300 r/min时振动正常，高于5100 r/min时#2瓦水平盖振在100 μm左右，联轴器处水平盖振最大为138 μm，给水泵汽轮机排汽缸水平结合面的振动也明显增大，10月16日，最大达到227 μm。在10月16日测量的给水泵汽轮机#2瓦水平盖振动的频谱图如图3所示。

图3 #2瓦水平盖振动频谱图

3.5 第3次处理

2009年10月17日，给水泵汽轮机停止后，作者认真检查了中心、转子弯曲、联轴器的情况。

解体联轴器，复测中心情况为泵高0.100 mm，泵偏东0.010 mm，下扒口0.065 mm，西扒口0.005 mm，该中心完全符合要求。继续调整中心的意义已经不大。分析了振动频谱图没有明显的低阶谐波分量且振幅没有明显的波动现象，可以排除动、静碰磨。

2009年10月17日晚，空试给水泵汽轮机，在给水泵汽轮机降负荷解列过临界转速的过程中，没有检测到振动异常增大的问题，据此可排除汽轮机转子发生热弯曲的可能。

检查活动式联轴器，发现机侧共有总齿数1/3的齿牙磨损。由于处理时间紧迫，给水泵汽轮机联轴器无备品，经测量发现，该联轴器两端尺寸完全对称。该公司决定将该联轴器倒置使用，这样，可以暂时用非工作面代替磨损的工作面。相当于减少了磨损间隙增大了非工作间隙，减少了联轴器的径向不均匀滑移，可降低振动的激振力。

联轴器连接后，重新启动汽动给水泵组，测量给水泵汽轮机、给水泵轴振均小于30 μm，随后进行了一段时间的连续观测，发现#1，#2轴承的瓦振、轴振均小于30 μm，振动均在正常值范围内。由此确定联轴器齿牙磨损是造成给水泵汽轮机#2瓦盖振增大的主要原因。

4 结束语

活动式联轴器在中心偏差很小时会起到一定的补偿作用，但在传递扭矩的长期运行中会引起活动部件的磨损，特别是在联轴器两端存在差别振动时更会加剧磨损，因而会引起轴承振动增大。通过上面的调整可以看出，在第1次调整中，由于机泵两侧的振动差别较大，联轴器已经产生了很大的磨损，具体反映在2009年6—7月检测到的机组升、降负荷过程中的振动突升，其原因为当齿牙磨损后，齿间和齿顶的间隙增大旋转齿轮偏向一侧，产生偏心而引起的不平衡力，加剧了给水泵汽轮机振动增大。在第2次调整后，振动沿联轴器明显增大的迹象已经表明，活动式联轴器内齿轮的齿顶和齿间隙已经很大，现场靠近联轴器侧有明显的噪音，该活动式联轴器已经成为转子1x增大的激振源。因为它是由质量偏心所引起的振动，所以，它的频谱特征也以1x为主。

在2009年11月的机组小修中，更换了已磨损的联轴器，使问题得到了彻底解决，同时，对采用相同类型的联轴器也进行了检查，加强了状态检修。此次汽动给水泵组振动的处理，过程虽波折但最后获得了满意的效果，其经验可供其他电厂处理同类型汽动给水泵组相似故障时参考。

［1］施维新.汽轮发电机组振动及事故［M］.北京:中国电力出版社，2008.

［2］陆颂元.汽轮发电机组振动［M］.北京:中国电力出版社，2000.