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摘 要：作为火力发电厂的重要辅助设备之一，锅炉给水泵能否安全、高效运转直接影响着电厂的经济效益。在实际运行过程中，锅炉给水泵经常发生振动故障，威胁着给水泵的稳定运转。为此，本文着重分析了锅炉给水泵振动的原因，并就如何防治振动故障给出切实可行的应对措施。
关键词：水泵机组；振动；故障诊断
一、水泵情况
某电厂9、10号机组为2台东汽300MW供热凝汽式汽轮发电机组，单机配备2台50%B—MCR汽动给水泵组运行，1台50%B—MCR电动给水泵备用。汽动给水泵型号300QTSB 1I—JA，结构形式为卧式、离心、多级节段、双壳体全抽芯结构，进出、口及抽头接El均垂直向下布置，电动给水泵型号300TSBlI—JB，其结构形式与汽动给水泵基本相同，区别在于进出口及抽头接口均垂直向上布置，厂家设计2种泵型芯包完全一致，可以互换。该型锅炉给水泵芯包共5级叶轮，并采用诱导轮技术，诱导轮安装在首级叶轮之前，提高首级叶轮入口压力，降低泵的必须汽蚀余量，给水泵前可不设前置泵。该电厂给水系统现场布置为汽动给水泵有前置泵，电动给水泵无前置泵。
该厂9、10号机组分别于2010年1月、5月投产，在168 h试运及投产初期，6台给水泵发生多起振动超标被迫停泵故障。
二、振动原因分析
现场每1台给水泵出现振动异常后，都会根据锅炉给水泵振动常见原因进行排查，首先检查排除引起给水泵振动的外部因素，最终确定给水泵内部存在缺陷。给水泵芯包返厂后，解体检查轴瓦无异常磨损，转子与壳体动静部件无碰摩痕迹，多数存在诱导轮断裂缺陷。通过对上述多台次给水泵振动情况对比及芯包返厂解体检修情况综合分析，导致该电厂给水泵频繁发生振动超标的主要原因如下。
（1）某一转速范围内的振动增大原因为水力激振。9号机电动给水泵是第1台投运的给水泵，与其余5台给水泵同一批次，因此将10号机尚未安装的电动给水泵返厂检查，经厂家设计部门试验分析在4000r/min以上某一转速区间内的振动超标原因，并非转子刚性不足导致存在临界转速，而是由于水流经过叶轮流道后进入中段内的导叶产生水力冲击，当水力冲击的激振频率与转子或泵壳的固有频率接近时，便会产生共振。通过对泵内各级导叶流道进行分析，发现泵内流体从叶轮流出后在导叶内流动时，在圆周方向上并不均匀，在大流量、高压力的工况下，水力流动不均衡必然产生较强的水力激振，当泵转速达到某一范围时，水力激振引发共振，导致泵振动增大。
（2）振动突增原因为诱导轮叶片断裂导致的转子质量不平衡。诱导轮为轴流式叶轮，即使在发生汽蚀时，性能也不会突然下降，而且诱导轮本身的结构设计使其具有更好的抗汽蚀性能。但在该电厂的实际使用中，给水泵诱导轮叶片断裂几乎是该型给水泵的共性缺陷，通过对诱导轮的工况条件和叶片断裂形貌特征进行分析，发现诱导轮的设计叶片厚度、入口型线与水力特性不能完全匹配，导致诱导轮进口处易发生汽蚀，因汽蚀而产生的复杂非定常流动引发压力脉动，与诱导轮叶片的固有频率接近或成一定的比例关系时产生共振，最终叶片疲劳断裂。诱导轮叶片断裂位置均处于进口边缘较薄部位。
（3）转子动平衡不合格。2010年6月17日，10号机1号汽动给水泵返修后初次投运便出现振动超标，且振动值随着转速升高而增大，坚持运行一个月后将芯包返厂解体检查，经测量发现该泵转子第4级、第6级叶轮晃度超标（第4级叶轮晃度0.14mm、第6级0.18mm，标准≤0.05mm），转子残余不平衡量达1050g？mm，大于该转子许用不平衡量799g？mm，振动超标原因为转子动平衡不合格。
三、处理措施及效果
根据上述不同振动原因，制定针对性的处理措施，并利用机组临停和检修机会对每台给水泵芯包进行检修和改进。
（1）改善流体在导叶中的水力特性。针对给水泵在某一转速范围内的轴承振动增大问题，经厂家设计部门分析确定对泵的设计进行更改，将部分导叶在圆周方向旋转一定角度，即：二级中段、六级中段上的导叶固定销孔在原位置逆时针旋转15°，三级中段、五级中段上的导叶固定销孔在原位置顺时针旋转15°，经更改后各导叶流道位置依次错开60°，保证流体在导叶中流动的均匀性，有效改善导叶内的异常水力激振，对每台给水泵芯包返厂时均按照更改设计实施，振动消除。
（2）改进诱导轮。原诱导轮重新设计改进为加强型诱导轮，优化诱导轮入口型线，加大进口边后掠角，由90°增加到120°，使叶片进口后掠部位延长，高度降低，改变诱导轮入口的液体流动，提高汽蚀性能，改善给水泵首级叶轮入口条件；对诱导轮叶片整体加厚，改善铸造工艺和热处理工艺，加大叶片与轮毂结合处的圆角，减小应力集中，提高诱导轮结构强度，经无损探伤合格的诱导轮方可使用。先后对2台电动给水泵更换加强型诱导轮，使用效果良好。对4台汽动给水泵，去除诱导轮，用相应的轴套代替。厂家初期设计汽动给水泵安装诱导轮，目的是使得300MW机组电动给水泵和汽动给水泵芯包完全相同，以保证2种泵芯包的互换性。由于电动给水泵没有前置泵，在该泵的设计中为降低泵的必须汽蚀余量NPSHr，保证不发生汽蚀，在首级叶轮前设计了诱导轮增压，诱导轮的设计扬程28m，加上除氧器高度25m，才可以满足抗汽蚀要求。汽动给水泵设有前置泵，前置泵扬程82m，远远超过诱导轮扬程，因此汽动给水泵取消诱导轮也能满足必须汽蚀余量要求，同时不会对泵的流量、扬程产生不利影响，还可降低汽动给水泵缺陷发生几率。先对9号机1号汽动给水泵去除诱导轮，运行一段时间，监测压力、流量等参数无变化，陆续对其他3台汽动给水泵去除诱导轮。
（3）提高检修工艺质量。给水泵芯包检修中，严格按照检修工艺要求执行。重点检测转子小装后各主要部位的晃度值、瓢偏值，检验、校正转子静平衡和动平衡，分别按照《机械振动恒态（刚性）转子平衡品质要求》G6.3级和G2.5级精度进行。芯包组装时各轴瓦间隙、转子抬量、转子窜量和平衡装置间隙等动静间隙调整合格，减少装配误差，确保检修工藝质量。经过采取一系列的处理措施后，该电厂6台锅炉给水泵运行状态良好，解决了泵振动超标问题。
四、结束语
根据该电厂多台锅炉给水泵运行中发生的振动缺陷情况，逐步分析排查引起振动的因素，并结合给水泵芯包解体检查情况，最终确定振动的真正原因，导叶内水力激振、诱导轮叶片断裂和转子动平衡不合格。通过实施针对性的处理措施，解决了给水泵振动超标问题，保证了机组安全稳定运行。
参考文献：
[1]曹崇宏，仇伟伟，孔江峰.水泵振动和噪声的解决方法[J].中国新技术新产品，2018（01）：121-122.
[2]刘亚昆，吴兴伟.火电厂给水泵振动原因分析及处理[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2013，9（04）：337-341.
[3]张建茹. 水泵振动原因分析与减振方法研究[D].大连理工大学，2013.
[4]淮慧梅，朱晓辉.水泵振动原因及对策[J].机械工程与自动化，2004（01）：59-61.
关键词：水泵机组；振动；故障诊断
一、水泵情况
某电厂9、10号机组为2台东汽300MW供热凝汽式汽轮发电机组，单机配备2台50%B—MCR汽动给水泵组运行，1台50%B—MCR电动给水泵备用。汽动给水泵型号300QTSB 1I—JA，结构形式为卧式、离心、多级节段、双壳体全抽芯结构，进出、口及抽头接El均垂直向下布置，电动给水泵型号300TSBlI—JB，其结构形式与汽动给水泵基本相同，区别在于进出口及抽头接口均垂直向上布置，厂家设计2种泵型芯包完全一致，可以互换。该型锅炉给水泵芯包共5级叶轮，并采用诱导轮技术，诱导轮安装在首级叶轮之前，提高首级叶轮入口压力，降低泵的必须汽蚀余量，给水泵前可不设前置泵。该电厂给水系统现场布置为汽动给水泵有前置泵，电动给水泵无前置泵。
该厂9、10号机组分别于2010年1月、5月投产，在168 h试运及投产初期，6台给水泵发生多起振动超标被迫停泵故障。
二、振动原因分析
现场每1台给水泵出现振动异常后，都会根据锅炉给水泵振动常见原因进行排查，首先检查排除引起给水泵振动的外部因素，最终确定给水泵内部存在缺陷。给水泵芯包返厂后，解体检查轴瓦无异常磨损，转子与壳体动静部件无碰摩痕迹，多数存在诱导轮断裂缺陷。通过对上述多台次给水泵振动情况对比及芯包返厂解体检修情况综合分析，导致该电厂给水泵频繁发生振动超标的主要原因如下。
（1）某一转速范围内的振动增大原因为水力激振。9号机电动给水泵是第1台投运的给水泵，与其余5台给水泵同一批次，因此将10号机尚未安装的电动给水泵返厂检查，经厂家设计部门试验分析在4000r/min以上某一转速区间内的振动超标原因，并非转子刚性不足导致存在临界转速，而是由于水流经过叶轮流道后进入中段内的导叶产生水力冲击，当水力冲击的激振频率与转子或泵壳的固有频率接近时，便会产生共振。通过对泵内各级导叶流道进行分析，发现泵内流体从叶轮流出后在导叶内流动时，在圆周方向上并不均匀，在大流量、高压力的工况下，水力流动不均衡必然产生较强的水力激振，当泵转速达到某一范围时，水力激振引发共振，导致泵振动增大。
（2）振动突增原因为诱导轮叶片断裂导致的转子质量不平衡。诱导轮为轴流式叶轮，即使在发生汽蚀时，性能也不会突然下降，而且诱导轮本身的结构设计使其具有更好的抗汽蚀性能。但在该电厂的实际使用中，给水泵诱导轮叶片断裂几乎是该型给水泵的共性缺陷，通过对诱导轮的工况条件和叶片断裂形貌特征进行分析，发现诱导轮的设计叶片厚度、入口型线与水力特性不能完全匹配，导致诱导轮进口处易发生汽蚀，因汽蚀而产生的复杂非定常流动引发压力脉动，与诱导轮叶片的固有频率接近或成一定的比例关系时产生共振，最终叶片疲劳断裂。诱导轮叶片断裂位置均处于进口边缘较薄部位。
（3）转子动平衡不合格。2010年6月17日，10号机1号汽动给水泵返修后初次投运便出现振动超标，且振动值随着转速升高而增大，坚持运行一个月后将芯包返厂解体检查，经测量发现该泵转子第4级、第6级叶轮晃度超标（第4级叶轮晃度0.14mm、第6级0.18mm，标准≤0.05mm），转子残余不平衡量达1050g？mm，大于该转子许用不平衡量799g？mm，振动超标原因为转子动平衡不合格。
三、处理措施及效果
根据上述不同振动原因，制定针对性的处理措施，并利用机组临停和检修机会对每台给水泵芯包进行检修和改进。
（1）改善流体在导叶中的水力特性。针对给水泵在某一转速范围内的轴承振动增大问题，经厂家设计部门分析确定对泵的设计进行更改，将部分导叶在圆周方向旋转一定角度，即：二级中段、六级中段上的导叶固定销孔在原位置逆时针旋转15°，三级中段、五级中段上的导叶固定销孔在原位置顺时针旋转15°，经更改后各导叶流道位置依次错开60°，保证流体在导叶中流动的均匀性，有效改善导叶内的异常水力激振，对每台给水泵芯包返厂时均按照更改设计实施，振动消除。
（2）改进诱导轮。原诱导轮重新设计改进为加强型诱导轮，优化诱导轮入口型线，加大进口边后掠角，由90°增加到120°，使叶片进口后掠部位延长，高度降低，改变诱导轮入口的液体流动，提高汽蚀性能，改善给水泵首级叶轮入口条件；对诱导轮叶片整体加厚，改善铸造工艺和热处理工艺，加大叶片与轮毂结合处的圆角，减小应力集中，提高诱导轮结构强度，经无损探伤合格的诱导轮方可使用。先后对2台电动给水泵更换加强型诱导轮，使用效果良好。对4台汽动给水泵，去除诱导轮，用相应的轴套代替。厂家初期设计汽动给水泵安装诱导轮，目的是使得300MW机组电动给水泵和汽动给水泵芯包完全相同，以保证2种泵芯包的互换性。由于电动给水泵没有前置泵，在该泵的设计中为降低泵的必须汽蚀余量NPSHr，保证不发生汽蚀，在首级叶轮前设计了诱导轮增压，诱导轮的设计扬程28m，加上除氧器高度25m，才可以满足抗汽蚀要求。汽动给水泵设有前置泵，前置泵扬程82m，远远超过诱导轮扬程，因此汽动给水泵取消诱导轮也能满足必须汽蚀余量要求，同时不会对泵的流量、扬程产生不利影响，还可降低汽动给水泵缺陷发生几率。先对9号机1号汽动给水泵去除诱导轮，运行一段时间，监测压力、流量等参数无变化，陆续对其他3台汽动给水泵去除诱导轮。
（3）提高检修工艺质量。给水泵芯包检修中，严格按照检修工艺要求执行。重点检测转子小装后各主要部位的晃度值、瓢偏值，检验、校正转子静平衡和动平衡，分别按照《机械振动恒态（刚性）转子平衡品质要求》G6.3级和G2.5级精度进行。芯包组装时各轴瓦间隙、转子抬量、转子窜量和平衡装置间隙等动静间隙调整合格，减少装配误差，确保检修工藝质量。经过采取一系列的处理措施后，该电厂6台锅炉给水泵运行状态良好，解决了泵振动超标问题。
四、结束语
根据该电厂多台锅炉给水泵运行中发生的振动缺陷情况，逐步分析排查引起振动的因素，并结合给水泵芯包解体检查情况，最终确定振动的真正原因，导叶内水力激振、诱导轮叶片断裂和转子动平衡不合格。通过实施针对性的处理措施，解决了给水泵振动超标问题，保证了机组安全稳定运行。
参考文献：
[1]曹崇宏，仇伟伟，孔江峰.水泵振动和噪声的解决方法[J].中国新技术新产品，2018（01）：121-122.
[2]刘亚昆，吴兴伟.火电厂给水泵振动原因分析及处理[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2013，9（04）：337-341.
[3]张建茹. 水泵振动原因分析与减振方法研究[D].大连理工大学，2013.
[4]淮慧梅，朱晓辉.水泵振动原因及对策[J].机械工程与自动化，2004（01）：59-61.