大型循环水泵振动分析和改进措施

大型循环水泵振动分析和改进措施

张磬张胤

（上海上电漕泾发电有限公司上海201507）

摘要：本文介绍了上海上电漕泾发电有限公司2×1000MW工程循环水系统流程及循环水泵的结构特点，针对六台循环水泵的振动现象，结合循环水泵拆解后内部的情况及实际运行工况，从泵房基础、安装工艺、水泵设计等不同角度，深入分析了原因，提出了应对措施。通过技术改造解决了循环水泵的振动问题，消除了机组安全运行的重大隐患。

关键词：循环水泵；振动；沉降

一、引言

上海上电漕泾发电有限公司工程共安装2台1000MW超超临界汽轮发电机组，分别于2010年1月和4月建成投产。本工程2×1000MW机组循环冷却水系统采用单元制海水直流供水系统，每台1000MW机组配三台33%容量立式混流循环水泵，长期连续运行，不设备用泵。

自2011年元月起多台循环水泵出现异声，以循环水泵1B最为严重，电动机上部有“咚咚咚”的异声，发电机上部（推力瓦处）垂直振动偏大，最大时达0.17mm*s-1，水平南北方向振大偏大，且幅值摆动，在0.03～0.11mm。瓦温、导瓦间隙检查未发现异常。4月底对循环水泵1B进行解体检修，发现三道（全部）陶瓷轴承动静部分全部损坏，轴承金属壳体偏磨严重，超6mm，导叶体口环（静）、叶轮室口环（静）偏磨较大，超3mm，陶瓷层已冲走，下导轴承锁紧圆螺母松脱。因发电需要，经研究对已损坏的三道轴承全部进行更换。在恢复运行后，振动监控中发现，上机架水平振动0.05～0.06mm，但轴向振动较大，在0.03～0.18mm区间摆动且不稳定，推力瓦、导向瓦温差15度，同时伴有明显的动静间的撞击异音。试运行8小时候停运，对循环水泵1B再次进行解体检修，对轴承损坏及振动过大的问题进行分析、解决。

二、循环水泵结构介绍

循环水泵设置在海堤内循泵站内，室外全露天布置。泵房内共设置6台循环水泵，过流介质为海水。泵房为湿坑结构，分为进水间和循环水泵吸水间，每台循环水泵均设有独立的进水流道及旋转滤网、拦污栅等清污设施，泵出口设液控蝶阀。循环水泵为湿坑式、固定叶片、转子可抽式、立式混流泵，参数详见表1。

表1循环水泵参数表

90LKXA-22.7型斜流泵的特点是在泵外筒体不拆卸的情况下，转子可单独抽出泵体外进行检修，电动机与泵直联，泵吸入口垂直向下，吐出口水平布置并在泵基础层之下。

循环水泵主要由吸入喇叭口、叶轮室、导叶体、外接管～f、内接管a～d、主轴a～d、叶轮、填料函体、轴端调整螺母、中间联轴器、泵支撑座、电机支座、泵-电联轴器、轴承支架、轴承a~c、泵盖板、导流片、吐出弯管等部分组成，如图1所示。

图1循环水泵结构示意图

图2中导轴承图3下导轴承

三、解体情况

3.1电动机解体情况

由于此类型泵的振动主要反映在电机上，在对循环水泵1B解体检修前，先预先对电机进行了检查。发现上导瓦两侧间隙不均匀，主要是由于泵转子强烈振动所产生的扰动力，最终导致导瓦支架螺栓松动。对电机返厂进行检修，导瓦间隙调整至标准范围。然后对电机进行单转，振动在标准范围内，排除由电机引起的振动。

3.2循环水泵解体情况

1)上轴承基本完好，中、下轴承已全部损坏，情况类似第一次解体情况。特别是下轴承，锁紧圆螺母再次松脱，如图⑴、⑵所示。经检查下陶瓷轴承（动）轴向定位松动，可移动8mm。

2）叶轮上下口环（动）磨损较均匀，上密封环磨损8.6mm，下密封环磨损8.9mm；定位螺丝被剪切，导致密封环与壳体配合处因随转出现较大间隙，上密封环松动4mm；下密封环松动1.2mm。泵壳内侧有偏磨痕迹，磨痕最深处约为0.80mm。进口口环（静环）松动并与泵壳摩擦。测量静环的厚度有约为2.0mm的偏差

图4密封环

3）台板水平度较差（0.43mm*m-1）；外接管底部偏差较大（22mm）。

4）导流片有腐蚀，外接管上阳极块反应后缺损，第三、第四根轴联轴器部分螺栓有腐蚀情况。

5）填料处轴套磨损，内接管部分螺丝松动以及缺少。

6）下轴承处积泥沙严重，泵坑内积沙较多。

四、原因分析

1）不均匀沉降

通过循环水泵轴承不均匀磨损、下定位螺丝移位（解体情况1）、叶轮口环不均匀磨损（解体情况2）、地基台平水平度低（解体情况3）可大致判断为由于地基不平整造成，在实地勘察过程中可以发现循环水泵1B经过近两年的运行，泵房不均匀沉降严重，实测泵台板水平度达0.43mm*m-1，远远超出0.05mm*m-1[1]立式水泵的安装要求，判断造成了外接管、内接管垂直度差，轴承偏磨或撞击。

2）设计不尽合理

同时通过循环水泵中、下轴承全部损坏（解体情况1）、叶轮口环严重磨损（解体情况2）从泵的设计中入手寻找原因，可以看到循环水泵泵轴长约16m，外接管有8段，泵轴有4段，四根轴由法兰联接为轴系，但整个泵体轴系却只配备三道轴承，见图1（循环水泵结构示意图）可以看出三个轴承的布置位置，在顶部第一段轴的上部以及底部最后2段轴的联轴器处上下均未布置轴承，这就对联轴器止口的加工精度提出了很高的要求，而实际加工精度无法达到设计要求，造成四段泵轴连接处都存在拐点，而缺少轴承的支撑增加了整根泵轴在运转中的晃度，导致轴承增加了径向受力（陶瓷轴承径向受力能力较弱）轴套与轴承撞击损坏。

3）内接管空气排放时间长

为了减轻循环水泵轴承磨损严重（解体情况1）、密封填料轴套磨损（解体情况5）中产生的问题，我们对循环水泵启动时的内部情况进行了详细分析，发现其设计中泵内管无密封水注入，仅在内管上开孔，由外管向内管注水，使用海水自冷却。而循环水泵备用期间，内接管内存在一段空气，在循环水泵启动过程中空气无法快速排尽[5]，现场确定排放时间长（约十分钟左右），造成上轴承干磨升温后遇水热胀冷缩，加速了轴承材质老化，造成轴承爆裂损坏。

4）陶瓷轴承安装运行条件要求苛刻，运行工况差

在请教轴承厂家及经过多次外出考察后得出结论，陶瓷轴承对于安装及运行条件要求较苛刻（轴承动静部分相对倾角<0.1度，含沙量<1.5kg*m3-1并不可让泥沙包覆，不可敲击，尽量减少干磨时间等），而现场情况都较难以满足。导叶片磨损及联轴器螺丝腐蚀严重（解体情况4）、内接管部分螺丝腐蚀缺失（解体情况5）、下轴承处积泥沙严重，泵坑内积沙较多（解体情况6）等问题可以辅证陶瓷轴承在实际运行中的工况。恶劣的工况也可能是造成轴承损坏的重要原因之一。

五、改进措施

1、针对解决不均匀沉降问题

1）解开循环水泵出口弯管传力接头螺栓，对循环水泵台板进行找平，水平度控制在0.05mm/m以内。泵盖找正后在南北两侧加装定位销。并定期对泵房的不均匀沉降进行观测记录，以制定大修周期。

2）矫正外接管垂直度，外筒体各段连接后拉钢丝检查调整不同轴度，最终在外筒体接管法兰面东西两侧处加装锥销定位。同时与内筒体直线度与同轴度检查校正。

3）泵轴外送重新加工。

4）电动机导瓦间隙控制在0.10mm左右[3]，不宜太小或太大。

5）在电动机底部（推力瓦处）增加振动测点，并将信号接至DCS，监视循环水泵振动情况。

6）对密封环重新固定，避免密封环松脱。

2、针对设计存在不合理问题

1）检查、修正各联轴器止口配合间隙（控制间隙0.02~0.035mm[4]）及各联轴器端面对轴系的垂直度，保证内接管及泵轴的垂直度。

2）轴承由三道增加为五道，增加轴承支撑强度。在下轴上部以及上轴填料函下部各增加一只轴承。

3、针对缩短内接管排气时间长的问题

1）内接管更换，内接管板材加厚，增加其强度。检查、修正各内筒体与轴承支架的配合间隙（控制在0.03~0.035mm左右[4]）。

2）外接管再加工，轴承润滑冷却方式由海水自润滑改为外接厂内用工业水来润滑和冷却，压力控制在0.3Mpa。

4、针对陶瓷轴承无法应对实际工况的问题

1）原陶瓷轴承更换为AR-1型轴承，增强了轴承的抗击能力并减少了维护费用。

2）制定检修计划对循环水泵坑内泥沙定期清理，防止淤积对循环水泵的不利影响。

六、结论

通过一系列的技术改造，循环水泵大修投运后运行状况良好，通过在电机底部增加的振动测点连续监测曲线，近四年中垂直振动曲线在0.05mm以内，水平振动曲线在0.02mm以内。在改造运行一年后对循环水泵1B（本文中描述的循环水泵）进行解体检查。针对检验改造的效果，对内部磨损情况进行了测量，发现相对修前的原厂构件其磨损均低于1mm，五道AR-1型轴承检查情况良好，而轴承冷却水改为工业水后泵坑内积沙积存情况也得到明显改善，总体情况大大好于原先预期及检修规程内规定的标准。后对6台循环水泵逐一改造，在2015年的大修项目中对其中一台进行解体检查检修，其轴承情况良好，其他磨损件磨损略有提高但仍符合检修要求。通过实事证明对循环水泵的改造能达到在原泥沙较多工况下保证设备健康运行，提高了泵的寿命并降低检修成本。

上海上电漕泾发电有限公司循环水泵处于泥沙多、腐蚀性强的海水工况中，针对泵运行中振动大分析原因为基础不均匀沉降、轴承布置不合理、冷却水内接管排气时间过长、轴承选型不当的问题进行了基座找平、加装轴承、冷却水更换为厂内用工业水、轴承改型为AR-1型轴承等一系列措施有效改善振动大的问题，得到了良好的效果。为同类型立式混流泵在面对海水冷却工况下的投产后技术改造及建造中泵的设计、选型思路提供了借鉴经验。

参考文献

[1]张大志，徐传堂.600MW超临界机组循环水泵振动的原因分析及处理[J].能源与环境，2010，4.

[2]张永明.650MW超临界机组大型循环水泵振动原因及处理[J].江苏电机工程，2006，25（2）.

[3]王振华.大型立式斜流式循环水泵电机振动大分析及对策[J].贵州电力技术，2004，3（57）.

[4]林永忠.防止88LKXA-20型立式循环水泵轴承超量振动的施工技术[J].福建建设科技，2006，4.

[5]叶伟东.循环水泵振动大原因查找及处理[J].电力安全技术，2010，1（12）.

[6]徐颜军.循环水泵振动原因分析与处理[J].电力学报，2008，23（4）.