大機(jī)組鍋爐給水泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析

　　中國(guó)電力大機(jī)組鍋爐給水泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析梁雙印柳亦兵張志明2，胡高。華北電力大學(xué)北京動(dòng)力工程系，北京102206；2.山東電力研究院，山東濟(jì)南250002測(cè)實(shí)例，對(duì)給水泵振動(dòng)分析診斷系統(tǒng)策略進(jìn)行分析探討。

　　0刖言現(xiàn)代大型火電廠熱力系統(tǒng)非常復(fù)雜，系統(tǒng)中有許多不同類(lèi)型設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀況都會(huì)對(duì)整個(gè)電廠系統(tǒng)的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不同程度的影響。為減小設(shè)備故障或維修對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，對(duì)于系統(tǒng)中不同設(shè)備根據(jù)其重要程度分別采用不同的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)策略和維修策略，以達(dá)到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入產(chǎn)出的最佳效果。

　　鍋爐給水泵組是火電廠中僅次于汽輪發(fā)電機(jī)組的大型旋轉(zhuǎn)輔機(jī)設(shè)備，其工作狀況對(duì)整個(gè)電廠系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要影響。通過(guò)提高給水泵運(yùn)行安全性改進(jìn)完善給水泵的維修體制逐步實(shí)現(xiàn)以給水泵工作狀態(tài)為依據(jù)的檢修，可使火電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性得到提高。實(shí)現(xiàn)這目標(biāo)的基礎(chǔ)是通過(guò)對(duì)給水泵主要運(yùn)行工況參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，盡可能全面了解掌握給水泵運(yùn)行狀況信息，從而確定泵組適當(dāng)?shù)木S修計(jì)劃，方面避免維修過(guò)度造成全性降低的問(wèn)。

　　通過(guò)監(jiān)測(cè)運(yùn)行工況參數(shù)可了解掌握給水泵運(yùn)行狀態(tài)。其中振動(dòng)信號(hào)是主要監(jiān)測(cè)參數(shù)之，振動(dòng)信號(hào)包含設(shè)備運(yùn)行狀況信息和故障信息，其具有內(nèi)涵豐富和反映故障信息及時(shí)這2個(gè)明顯優(yōu)點(diǎn)，因而振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的故障監(jiān)測(cè)診斷能力和較高的監(jiān)測(cè)可靠性。國(guó)內(nèi)些30042以上容量機(jī)組給水泵配備了簡(jiǎn)單的軸振測(cè)量系統(tǒng)1但其作用主要是對(duì)泵組運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)控保護(hù)。在些電廠內(nèi)同時(shí)還采取用便攜式振動(dòng)儀器對(duì)給水泵等輔機(jī)設(shè)備進(jìn)行定期巡檢的方法，以掌握泵組在運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)水平信息，配合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)異常振動(dòng)狀況進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和識(shí)別。這種方法往往只是獲取泵組振動(dòng)的幅值信息，雖然可起到振動(dòng)超標(biāo)報(bào)警保護(hù)作用，但對(duì)于泵組的運(yùn)行狀況判斷或故障原因分析沒(méi)有提供足夠信息，振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)強(qiáng)大的故障診斷能力沒(méi)有得到有效發(fā)揮。利用現(xiàn)有給水泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)泵組振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行定期測(cè)量分析，從中獲取信息對(duì)泵組運(yùn)行狀況和異�，F(xiàn)象做出分析判斷，可以較小投入達(dá)到提高泵組運(yùn)行效率安全性和經(jīng)濟(jì)性改進(jìn)泵組維修現(xiàn)狀的目的。這是種目前國(guó)內(nèi)火電廠較易實(shí)施而且有效的方法。

　　1大機(jī)組給水泵基本結(jié)構(gòu)和振動(dòng)特性1.1給水泵結(jié)構(gòu)目前我國(guó)30042火電機(jī)組通常配置2臺(tái)汽動(dòng)給水泵和1臺(tái)電動(dòng)備用給水泵，每臺(tái)泵容量均為鍋收稿日期20010222 151鉬裝單元SM系統(tǒng)袖相值心碰抿動(dòng)爐給水量的50.配套給水泵主要有德國(guó)公司型泵日本菱公司+，型泵意大利。1012，41公司的6！135型泵及國(guó)產(chǎn)，750180型泵。其中德國(guó)給水泵組具有定代性，泵組般均由前置泵和主給水泵2部分組成。前置泵由功率為0=的交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。備用電動(dòng)泵電機(jī)銘牌功率為5 500=，電機(jī)軸與泵軸間通過(guò)液力偶合器連接，實(shí)現(xiàn)泵轉(zhuǎn)速在定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。主給水泵通過(guò)1臺(tái)最大功率為6 000=的小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，汽輪機(jī)軸與給水泵軸通過(guò)剛性齒型聯(lián)軸器連接，通過(guò)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)給水泵轉(zhuǎn)速在定范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)。

　　入口接管震裂或入口法蘭螺栓震裂等問(wèn)，迫使泵組非計(jì)劃停機(jī)，造成嚴(yán)重?fù)p失。利用振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)和識(shí)別這些異常振動(dòng)現(xiàn)象，通過(guò)振動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)觀察分析，密切注意振動(dòng)的變化，對(duì)泵組運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)整并采取其他措施，控制或減小振動(dòng)。對(duì)泵組振動(dòng)不斷增加的情況，及時(shí)進(jìn)行停泵操作，避免發(fā)生重大事故。

　　振動(dòng)信號(hào)類(lèi)別給水泵主軸轉(zhuǎn)頻給水泵葉片通過(guò)頻率泵葉片數(shù)汽輪機(jī)葉片通過(guò)頻率汽輪機(jī)葉前置泵轉(zhuǎn)頻片數(shù)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)共振頻率流體共振頻率汽蝕激發(fā)振動(dòng)口轉(zhuǎn)速1.2給水泵主要振動(dòng)故障機(jī)理及特征給水泵除了具有大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械常的些振動(dòng)問(wèn)，如轉(zhuǎn)子不平衡軸中心不正動(dòng)靜部件之間摩擦滑動(dòng)軸承故障外，還具有些與泵的工作原理有關(guān)的特殊振動(dòng)現(xiàn)象，最主要的是水泵內(nèi)部流體當(dāng)時(shí)溫度下的汽化壓力時(shí)，流體發(fā)生汽化，在流體內(nèi)產(chǎn)生氣泡，在葉輪通道內(nèi)隨著壓力增加，氣泡破滅，周?chē)�液體在向氣泡中心流動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，造成部件被沖蝕及產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。另外，基礎(chǔ)剛度不足緊固件松動(dòng)等支承部件缺陷將導(dǎo)致不穩(wěn)定振動(dòng)。1出給水泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷中感興趣的振動(dòng)頻率成分。

　　給水泵在運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)大小反映給水泵工作效率的高低，因而給水泵在正常工作時(shí)振動(dòng)幅值降低給水泵零件的使用壽命，導(dǎo)致軸軸承密封及葉輪等過(guò)早損壞。嚴(yán)重時(shí)可能造成地腳螺栓拔斷2給水泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析實(shí)例對(duì)1臺(tái)850+=火電機(jī)組的滿負(fù)荷給水泵進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析，該泵分主泵和前置泵2部分，主泵由1臺(tái)同軸的22+=對(duì)置式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，其內(nèi)缸分成高壓和中壓2部分，各有10級(jí)和4級(jí)葉片。主給水泵為4級(jí)離心式結(jié)構(gòu)，通過(guò)行星齒輪減速器與前置泵連接。

　　該泵自身配備軸振監(jiān)測(cè)裝置，分別在驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)兩端軸承處分別安裝對(duì)相互垂直電渦流相對(duì)軸振位移傳感器。測(cè)量系統(tǒng)用于完成泵組軸振汽機(jī)前置泵減速器及各軸承座上安裝附加振動(dòng)加速度傳感器，測(cè)量泵組各部件在運(yùn)行中的振動(dòng)特性。

　　不同機(jī)組負(fù)荷下的振動(dòng)特征值。其中主給水泵和驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)缸體上的振動(dòng)值明顯高于其他部位。而且主給水泵振動(dòng)在不同機(jī)組負(fù)荷下變化較大。機(jī)組在接近滿負(fù)荷871+=運(yùn)行時(shí)，泵體振動(dòng)突出，機(jī)組負(fù)荷降低到約85額定負(fù)荷時(shí)，泵體振動(dòng)明顯減小，而負(fù)荷進(jìn)步降至額定負(fù)荷的半以下時(shí)，振動(dòng)又逐漸加大。這種振動(dòng)變化反映了水泵通流部分入口出流體的工作狀況。

　　不同機(jī)組負(fù)荷下泵的軸轉(zhuǎn)速不同，負(fù)荷越大，轉(zhuǎn)速越高。泵軸轉(zhuǎn)速變化直接影響入口處流體相對(duì)于水泵動(dòng)葉片的角度。相對(duì)流動(dòng)角度與葉片角度相等或相似時(shí)，流體順利進(jìn)入葉片通道，水泵工作在最佳狀態(tài)，效率最高，產(chǎn)生的流體沖擊振動(dòng)也較小。而當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，入口流體相對(duì)角度相應(yīng)改變，對(duì)葉片腑背產(chǎn)生附加的沖擊作用，同時(shí)2在葉片入口附近形成紊流，導(dǎo)致流體沖擊振動(dòng)加大。3出葉輪轉(zhuǎn)速變化對(duì)入口流體速度角流體擾動(dòng)強(qiáng)烈，負(fù)荷為746時(shí)，振動(dòng)信號(hào)中幾乎沒(méi)有這些動(dòng)葉片通過(guò)頻率472.501的高次諧波成分，流體在泵體內(nèi)流動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)，因而水泵的工作效率較高�？衫�用給水泵在運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)信號(hào)幅值的變化分析判斷水泵的工作狀況，發(fā)現(xiàn)確定異常轉(zhuǎn)速變化導(dǎo)致流體狀況變化也對(duì)給水泵轉(zhuǎn)軸工作狀況產(chǎn)生影響。4出以上3種機(jī)組工作負(fù)荷下給水泵軸心軌跡的變化。與泵體振動(dòng)情況相同，在746負(fù)荷下轉(zhuǎn)速4060+，軸振動(dòng)位移幅值最小，負(fù)荷增加或減小，軸振幅值均有不同程度增加。另外，從軌跡中可明顯看出轉(zhuǎn)速倍頻成分的影響，這種影響可能來(lái)自給水泵與驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)軸間聯(lián)軸器處的不對(duì)中。

　　從泵體上振動(dòng)信號(hào)的功率譜中可看出機(jī)組負(fù)荷變化導(dǎo)致振動(dòng)頻率成分的變化。5將2種不同負(fù)荷下泵體振動(dòng)加速度信號(hào)的功率譜進(jìn)行比較。相對(duì)于746875負(fù)荷時(shí)泵體振動(dòng)在整個(gè)高頻范圍內(nèi)明顯增加，而且在動(dòng)葉片通過(guò)頻率553 01的高次諧波頻率處出現(xiàn)突出峰值，些峰值兩側(cè)還帶有大量邊帶成分，明在此負(fù)荷下，泵體內(nèi)3結(jié)論測(cè)量分析實(shí)例明，給水泵工況的變化導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)的相應(yīng)變化，在定負(fù)荷下，振動(dòng)水平較低，反映泵體內(nèi)介質(zhì)處于較佳流動(dòng)狀態(tài)，工作效率高；改變負(fù)荷，則振動(dòng)增大，水泵效率下降，因而可通過(guò)測(cè)量分析振動(dòng)狀況確定水泵的最佳工作參數(shù)。在異常情況下，通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)分析可發(fā)現(xiàn)識(shí)別給水泵內(nèi)存在的故障并確定故障原因及部位，為給水泵及時(shí)正確和有效地維修提供信息。

　　在進(jìn)行給水泵維修決策和計(jì)劃時(shí)，可振動(dòng)及其它運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)分析結(jié)果為依據(jù)，確定給水泵的運(yùn)行狀態(tài)，制定合理的維修周期和方案。

　　振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)和方案的確定可根據(jù)具體電廠機(jī)組大小給水泵在系統(tǒng)中的重要程度及是否有備用給水泵等情況確定。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)341在其1995年出版的規(guī)范中給出了火電機(jī)組給水泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置的推薦意，可供參考。般對(duì)于小型機(jī)組給水泵，可用便攜式振動(dòng)測(cè)量?jī)x定期監(jiān)測(cè)；對(duì)大型機(jī)組給水泵，如果自身配備振動(dòng)測(cè)量裝置，則應(yīng)充分利用該裝置的測(cè)量信號(hào)，利用振動(dòng)測(cè)量分析系統(tǒng)對(duì)其輸出模擬信號(hào)進(jìn)行定期采集分析，在不增加太多經(jīng)費(fèi)投入情況下，達(dá)到提高給水泵組運(yùn)行安全性優(yōu)化維修的目的。