湛江发电厂 4 号机抗燃油泵的振动测试与分析 刘艳梅1, 徐之昌2, 薛宇伟3 (1. 湛江发电厂, 广东湛江 524099; 2. 广东省电力试验研究所, 广东 广州 510600; 3. 广东省电力集团公司, 广东 广州 510600) 摘要: 湛江发电厂 4 号机在调试期间进行抗燃油泵的首次试运, 发现 B, C 泵振动大, 停泵进行解体检查, 复测轴的晃动度, 找平衡后再次试转, 振动仍无改善。技术人员对抗燃油泵进行了振动测试和分析, 得出此振动属于拍振的结论。 针对拍振的产生原因, 提出可采取更换马达使两泵转速相同和在两泵间构筑隔离带等措施来解决此振动问题。 关键词: 抗燃油泵; 拍振; 刚度 湛江发电厂 4 号机调试期间, 于 1999 年 12 月 21 日进行抗燃油泵的首次试运工作, 启动中发现 B, C 泵振动大, 其中 C 泵水平振动最大达 140 μm, B 泵垂直振动最大达 120 μm。 停泵对 C 泵进行解体检查, 复测轴的晃动度, 找平衡后再次试转, 振动仍无改善, 影响机组的安全运行, 尤其是影响机组的达标投产日期, 延长了调试工期。 自 2000 年 1 月 9 日始, 针对抗燃油泵存在的问题, 技术人员进行了振动测试和分析处理。 1 泵的结构特性 抗燃油泵为 80YⅢ-50×7 型 7 级离心泵, 泵的额定出口压力为 4. 0 MPa, 扬程 341 m, 体积流量 750 l/min; 电机的功率为 110 kW, 转速 2 980 r/min, 效率 58. 5%; 轴承最大振动允许值为 80μm; 装轴承处晃动度不大于 0. 05 mm, 叶轮飘偏度不大于 0. 06 mm, 装机械密封处晃动度不大于 0. 03 mm。 机组共有 3 台抗燃油泵, 共用一个出口母管。 正常情况下 1 台运行, 2 台备用; 在机组静态试验时 2 台运行, 1 台备用。 当 2 台运行时, 由每个泵的出口手 动门调整出口压力, 以达到平衡。 泵的轴向推力由平衡盘来平衡, 泵与电动机之间用加长联轴器联接。 2 泵产生振动的一般原因 产生泵振动和异音的故障原因较复杂, 它与设计、 安装、 机械结构、 运行工况和调节操作都有关系。 泵的振动主要可以分为两大类: a) 水力振动。 主要是液体流动所致, 包括汽蚀、 水锤、 泵内流动不平衡。汽蚀振动是由于泵入口压力低, 液体部分汽化, 进而形成局部的高真空区, 高速流体互相撞击, 产生振动和噪音。 水锤振动是由于在有压管道中的某一段管道工作状态突然改变, 引起液体压力的骤然大幅度波动, 导致管道系统的强烈振动、噪音, 甚至管道严重变形或爆裂。 b) 机械振动。 主要是机械原因所致, 包括转子不平衡、 临界转速共振、 固体摩擦、 转子对中不良、 基础薄弱、 原动机问题及拍振等。 3 振动测试 2000 年 1 月 9 日至 11 日, 对 4 号机抗燃油泵的机械振动作了全面测试, 测试方法如图 1 所示, 测试数据见表 1。 试验发现: 1) 泵的振动与工况有关, 如果泵的出口压力较为平衡, 则振动较小; 如出口压力相差较大, 则振动较大。 2) B 泵与 C 泵相互之间振动影响较大, 单独起动 B 泵, 振动稳定; B、 C 泵同时运行, 则 B 泵振动出现波动现象,振动从稳定的 40 μm 变为波动的 20~120 μm, C 泵也存在同样现象。 4 振动分析 关于水力振动, 从运行中观察, 油泵油箱液位高度符合设计要求, 油位稳定,可排除汽蚀振动; 运行管道中流动状态不存在大幅度波动, 也就排除了产生水锤振动的可能性。 关于机械振动, 从测试数据及泵的结构来看, 抗燃油泵的振动问题突出表现在如下两点: a) B, C 泵单独运行时振动偏大, C 泵尤甚。 引起此问题的主要因素包括:泵的结构刚度偏小, 泵的加工精度不够, 泵组装时与台板的结合面可能存在不均匀现象, 而这三点又是相互联系的。 由于泵的结构刚度偏小, 所以这种结构的泵对加工精度要求很高, 对组装要求也很高, 任何微小的加工精度偏差所产生的质量偏心力均可能使轴承上的振动被急剧放大。 2) B, C 泵并联运行时振动波动, 而 A, B 泵并联运行时相互影响很小, 这在工程上称为“拍振” 现象, 这是影响抗燃油泵振动的主要原因。 引起和产生拍振现象的原因是相互影响的两个抗燃油泵泵体刚度偏小和振动频率不一致。 实测B, C 泵的转速, 结果是 B 泵为 2 986~2 988 r/min, C 泵为 2 981~2 982 r/min。由于 B, C 两泵转速不一致, 即振动频率不一致, 所以在刚度差的条件下, 形成拍振现象。 两个振动频率相近而又不成整数倍的简谐振动叠加, 便形成拍振, 振动波形如图 2 所示, 振幅变化的包络线形成正弦曲线。 AB 距离是拍周期, 其倒数就是拍的频率, 也等于两种振动频率之差。 以时间标尺量得 AB 之间为 1. 1 s, 则拍的频率为 0. 91 Hz。 这个周期内包含有 13 个振动波, 说明较高频率 f1=13 Hz,较低频率 f2=13 Hz-0. 91 Hz =12. 1 Hz, 根据这个关系可以找到各自的激振源和具体的振动原因。 现场较常见的拍振多发生在两个基础相邻、 功率较大的异步电动机驱动的水泵、 风机轴承上。 两个异步电动机的铭牌转速虽相同, 但在实际运行中, 由于所带的负荷不同, 电动机转速是有差别的, 从而造成激振频率不同。 由于振动的相互传递, 从而形成拍振。 为了防止运行机组产生拍振, 最有效的方法是基础设计时基础间相互保持足够的距离。 由运行经验知, 两个基础之间最小距离 s 与转子质量 m 有关, 近似可用下列经验公式表示: s≥K√m. 式中 K——经验系数。 防止拍振的另一措施, 是基础之间采用必要的隔振, 例如两个相邻的基础不要相连, 并设有隔振缝等, 但对于标高较高的基础, 这一措施会影响其水平和轴向动刚度。 当存在拍振时, 用振动表测量, 可观察到振动指示值发生周期性变化, 并能听到有节奏的轰轰声。 从拍振的原理及现象可以推知, 湛江发电厂 4 号抗燃油泵 B, C 泵之间的互为影响的振动正是拍振现象, 所以就要对症下药, 从这个角度入手, 来解决处理油泵的振动问题。 5 处理方案 根据抗燃油泵产生拍振的原因, 可以采取如下的处理措施: a) 更换马达, 使 C, B 泵转速相同。 通过更换马达, 使 C, B 泵转速分别为2 982 r/min 和 2 981 r/min, 测得 C, B 泵振动最大为 80 μm, 比调整前小了 60 μm, 振动改善 42. 9%, 效果较明显。 b) 在 B, C 泵之间构筑隔离带。 由于时间、 工期以及施工条件等诸多方面的原因, 未能实现此项措施, 所以振动未能进一步改善, 但日后有条件及时间, 可以继续完成此项措施, 使泵的振动得到彻底解决。 实施此项措施时, 要尽量避免或减少负面影响。 6 结束语 抗燃油泵的振动问题由于有液体流体的存在而显得有些复杂, 尤其是泵体与泵体之间的振动是相互影响的, 就更增加了其振动的复杂性。从这次振动的测量、分析到振动的解决, 涉及的知识面较为广泛, 难度也比较大, 要从各种纷繁复杂的振动起因中排除一些次要因素, 准确地找到产生振动的主要原因, 是比较困难的。 希望本次的振动分析与解决办法能为以后的类似问题提供借鉴与参考。 参考文献: [1] 陈兴华. 流体力学 泵与风机[M] . 北京: 水利电力出版社. [2] 施维新. 汽轮发电机组振动及事故[M] . 北京: 中国电力出版社. [3] 顾晃. 汽轮发电机组的振动与平衡[M] . 北京: 水利电力出版社.