75CHTA―4型给水泵振动高原因的分析和处理

摘 要：给水泵是火力发电厂重要的辅机设备，其正常运行对整个发电机组的安全稳定运行有很大的影响。结合某发电厂75CHTA-4型给水泵自由端轴振高实例分析得出，在最小流量阀小开度下，给水泵内部受到非定常流动所产生的时变水力激励作用，导致给水泵振动高的结论。并提出了给水泵最小流量阀开启时间的调整方案，取得了良好的效果，对给水泵的故障诊断和处理有借鉴参考作用。

关键词：给水泵；振动；非定常流动；最小流量阀

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.206

1 引言

给水泵由于高转速，大流量，因此振动高的问题显得尤为突出。一般来说，给水泵振动的原因主要有以下方面[1-4]：（1）转子质量不平衡，主要体现为一倍频即工频振动高；（2）小汽机与给水泵对中不好，主要体现为二倍频振动高；（3）地脚螺栓松动、进出口管道支承不良，主要体现为多倍频振动高。多倍频振动大多由谐波引起，其频率是工频的2-10倍频；（4）轴承紧力、间隙不当，引起油膜涡动和油膜振荡，主要体现为低频振动，一般为0.45-0.55倍工频；（5）水泵动静部分摩擦，密封间隙过大，液体动力支承力减小，泵的振动阻尼减小，引起水泵振动；（6）暖泵不充分，泵上下壳体温差大，引起轴弯曲，主要体现为一倍频振动高；（7）水泵汽蚀，液体以很大的速度从周围冲向沸腾的气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击，引起水泵剧烈振动，在水泵附近可听到噼噼啪啪的噪音。（8）水泵内部非定常流动及脉动激发过流部件振动。离心泵中叶轮与蜗壳隔舌或导叶间的相互作用会在叶轮下游的压水室产生时变的不稳定流动以及压力脉动[5]。

2 给水泵介绍

某火力发电厂一期2×700MW机组采用日本三菱公司生产的亚临界、反动式、单轴、三缸四排汽、一次中间再热、凝汽式汽轮机（TC4F-40），每台汽轮机组配备2台50%MCR锅炉容量的汽动（主）给水泵及1台25%MCR锅炉容量的电动（启动）给水泵，主给水泵采用Ingersoll Dresser Pump Company生产的水平中分四级圆筒式给水泵（水泵型号：75CHTA-4）。扬程2115m，额定流量1278T/H，额定转速5260rpm，出口压力18.22MPa，必需汽蚀余量NPSHr：51.8m，由小汽机拖动，二者之间采用挠性膜片联轴器，为了提高泵的抗汽蚀性能，给水泵前都配置有前置泵串联运行。给水泵出口管路设有再循环旁路返回至除氧器，用最小流量阀来控制再循环流量。给水泵轴振监测共布置有四个测点，分别为自由端X向（3X）、Y向（3Y），驱动端X向（4X）、Y向（4Y），轴振报警值为80um，跳闸值为115um，延时3s。

3 故障过程

某厂2号机组检修后初次启动，当2A给水泵转速升至约4200rpm，流量约为840T/H时，最小流量阀开度由28%逐渐减小至关闭。23号20：56，当最小流量阀开启时，3X从27um迅速增大至76um，此时给水泵转速3969rpm，流量686T/H。随着阀位继续开大，3X迅速回落至27um，3Y、4X、4Y保持在正常值范围基本无变化。随后三小时内，类似现象分别出现两次，3X值分别为83um、71um，给水泵流量为690T/H左右，24号01：31，最小流量阀开启并维持在较低阀位，此时3X快速突升至保护定值，给水泵保护动作跳闸，给水泵运行参数见表1，曲线图如图1。

4 原因分析和排查

因为2A给水泵解体大修并更换了新的芯包，新的芯包在厂家做了全面的检查，并更换了间隙超标的密封环，轴弯曲合格，转子整体动平衡合格后方出厂。根据检修记录，水泵与小汽机对中的数据为：冷态时，圆周：水泵比小汽机高0.195mm（厂家标准为0.07mm，其中水泵比小汽机高0.25mm），端面：上张口0.025mm（厂家标准为0.025mm），可见水泵对中未超标。检修期间根据厂家的要求用力矩扳手调节至560N・m将所有地脚螺栓紧固。再检查轴瓦检修记录，驱动端瓦顶间隙0.12mm，侧隙0.06mm，轴瓦紧力0.03mm，自由端瓦顶间隙0.11mm，侧隙0.07mm，轴瓦紧力0.01mm，均在标准范围内，因此也可以排除轴承间隙不当引起油膜振荡。给水泵在运行过程中，其入口压力即前置泵出口压力一直稳定在2MPa，此压力下对应的饱和蒸汽温度为212℃，远低于除氧器给水温度为170℃，排除了给水泵发生汽蚀的可能。泵启动前，上下壳体温度均为145℃，因此也可排除由于暖泵不充分导致轴弯曲。给水泵倍频振动值如表2，在4332rpm时，水泵振动通频和倍频幅值都不高，结合上述分析，基本可以排除不对中、不平衡、轴承间隙不当、地脚松动等原因。

再分析给水泵的振动过程，23号至24号跳闸前的5个小时内，3X振动突升出现三次，其余轴振测点幅值增加很小。从趋势图上看，3X振动变化过程与最小流量阀开度曲线在趋势图上有较好的相关性，每当最小流量阀缓慢开启时，3X振动都明显突升，随着阀位的迅速开大，3X轴振迅速降低至正常值。而给水泵跳闸时最小流量阀一直维持在较低的开度，说明最小流量阀小开度时存在一个流体扰动的临界点，在该阀位状态下，水泵内部受到水流扰动产生激振。结合现场管道排查，发现2A给水泵再循环管道在汽机房6米处的支吊架螺栓由于振动大导致弯曲脱落，如图2、图3所示。这也从另一方面证明了再循环管道水流对整个给水泵组的扰动较大，给水泵内部受到非定常流动所产生的时变水力激励作用导致了这次2A给水泵3X轴振高故障。

5 解决方案

鉴于最小流量阀在小开度时引起水泵和再循环管道振动大，在DCS给水控制中将给水泵转速为4200rpm时最小流量阀的开启流量信号由690T/H修改为730T/H，减少最小流量阀在小开度的停留时间，避开了水流扰动临界点，并将再循环管道支吊架M20的螺栓更换为M32的螺栓，增加支吊架的强度，重新固定好再循环管道。再次启动2A给水泵，水泵参数曲线如图4所示，泵参数正常，最小流量阀在开启时迅速增大阀位，避开了小开度区间，3X振动无突升现象，稳定在正常值。

6 结论

（1）非定常流动是影响离心泵稳定运行的一个主要因素，离心泵的旋转和静止部件都会受到非定常流动所产生的时变水力激励作用，进而产生流动诱导振动现象，这会导致泵振动升高，水泵各部件材料疲劳，缩短设备寿命。

（2）最小流量阀在小开度下，水流不仅对75CHTA-4型给水泵内部产生扰动引起水泵振动高，而且由于阀前后差压大，再循环管道的给水压力在阀后迅速降低而闪蒸，会导致最小流量阀阀芯阀座和减压导向套吹损加剧，这对其自身也是不利的，因此应尽量避免最小流量阀在小开度下长时间停留。

（3）给水泵在振动高的原因有很多，必须结合运行方式、振动频谱、转速、流量和水泵构造、检修情况等方面分析排查，才能准确地找出振动源。

参考文献：

[1]李宏乔，杨光.节段式高速锅炉给水泵振动原因分析及消除措施[J].水泵技术，2011（06）：44-46.

[2]南补连，马俊杰，郭俊等.国华准电给水泵主泵振动原因分析及改造[J].内蒙古电力技术，2004，5（22）：115-116.

[3]杨绍宇，刘晓峰，童小忠等.大型锅炉高能给水泵振动故障分析与诊断方法[J].汽轮机技术，2006，3（48）：230-232.

[4]关醒凡.现代泵技术手册[M].北京：宇航出版社，1995.

[5]裴吉，王文杰，袁寿其等.低比转数离心泵内部非定常流动特性数值预测[J].农业机械学报，2014，1（45）：79-83.

作者简介：王友（1983-），男，湖南衡东人，硕士，工程师，主要从事发电厂汽轮机及辅助设备管理工作。