大机组锅炉给水泵振动监测分析

大机组锅炉给水泵振动监测分析

　　中国电力大机组锅炉给水泵振动监测分析梁双印柳亦兵张志明2，胡高。华北电力大学北京动力工程系，北京102206；2.山东电力研究院，山东济南250002测实例，对给水泵振动分析诊断系统策略进行分析探讨。

　　0刖言现代大型火电厂热力系统非常复杂，系统中有许多不同类型设备同时运行，每台设备的运行状况都会对整个电厂系统的安全可靠性和经济性产生不同程度的影响。为减小设备故障或维修对整个系统产生的影响，对于系统中不同设备根据其重要程度分别采用不同的运行状态监测策略和维修策略，以达到监测系统投入产出的最佳效果。

　　锅炉给水泵组是火电厂中仅次于汽轮发电机组的大型旋转辅机设备，其工作状况对整个电厂系统运行的安全性和经济性具有重要影响。通过提高给水泵运行安全性改进完善给水泵的维修体制逐步实现以给水泵工作状态为依据的检修，可使火电厂的安全性和经济性得到提高。实现这目标的基础是通过对给水泵主要运行工况参数进行监测，尽可能全面了解掌握给水泵运行状况信息，从而确定泵组适当的维修计划，方面避免维修过度造成全性降低的问。

　　通过监测运行工况参数可了解掌握给水泵运行状态。其中振动信号是主要监测参数之，振动信号包含设备运行状况信息和故障信息，其具有内涵丰富和反映故障信息及时这2个明显优点，因而振动监测系统具有较强的故障监测诊断能力和较高的监测可靠性。国内些30042以上容量机组给水泵配备了简单的轴振测量系统1但其作用主要是对泵组运行过程中进行振动监控保护。在些电厂内同时还采取用便携式振动仪器对给水泵等辅机设备进行定期巡检的方法，以掌握泵组在运行过程中的振动水平信息，配合监控系统对异常振动状况进行发现和识别。这种方法往往只是获取泵组振动的幅值信息，虽然可起到振动超标报警保护作用，但对于泵组的运行状况判断或故障原因分析没有提供足够信息，振动监测系统强大的故障诊断能力没有得到有效发挥。利用现有给水泵振动监测系统对泵组振动信号进行定期测量分析，从中获取信息对泵组运行状况和异常现象做出分析判断，可以较小投入达到提高泵组运行效率安全性和经济性改进泵组维修现状的目的。这是种目前国内火电厂较易实施而且有效的方法。

　　1大机组给水泵基本结构和振动特性1.1给水泵结构目前我国30042火电机组通常配置2台汽动给水泵和1台电动备用给水泵，每台泵容量均为锅收稿日期20010222 151钼装单元SM系统袖相值心碰抿动炉给水量的50.配套给水泵主要有德国公司型泵日本菱公司+，型泵意大利。1012，41公司的6！135型泵及国产，750180型泵。其中德国给水泵组具有定代性，泵组般均由前置泵和主给水泵2部分组成。前置泵由功率为0=的交流电机驱动。备用电动泵电机铭牌功率为5 500=，电机轴与泵轴间通过液力偶合器连接，实现泵转速在定范围内的调节。主给水泵通过1台最大功率为6 000=的小汽轮机驱动，汽轮机轴与给水泵轴通过刚性齿型联轴器连接，通过调节汽轮机转速实现给水泵转速在定范围内的调节。

　　入口接管震裂或入口法兰螺栓震裂等问，迫使泵组非计划停机，造成严重损失。利用振动监测系统可及时发现和识别这些异常振动现象，通过振动发展趋势观察分析，密切注意振动的变化，对泵组运行工况进行调整并采取其他措施，控制或减小振动。对泵组振动不断增加的情况，及时进行停泵操作，避免发生重大事故。

　　振动信号类别给水泵主轴转频给水泵叶片通过频率泵叶片数汽轮机叶片通过频率汽轮机叶前置泵转频片数基础和结构共振频率流体共振频率汽蚀激发振动口转速1.2给水泵主要振动故障机理及特征给水泵除了具有大型旋转机械常的些振动问，如转子不平衡轴中心不正动静部件之间摩擦滑动轴承故障外，还具有些与泵的工作原理有关的特殊振动现象，最主要的是水泵内部流体当时温度下的汽化压力时，流体发生汽化，在流体内产生气泡，在叶轮通道内随着压力增加，气泡破灭，周围液体在向气泡中心流动时将产生强烈冲击，造成部件被冲蚀及产生强烈振动。另外，基础刚度不足紧固件松动等支承部件缺陷将导致不稳定振动。1出给水泵振动监测和故障诊断中感兴趣的振动频率成分。

　　给水泵在运行过程中振动大小反映给水泵工作效率的高低，因而给水泵在正常工作时振动幅值降低给水泵零件的使用寿命，导致轴轴承密封及叶轮等过早损坏。严重时可能造成地脚螺栓拔断2给水泵振动监测分析实例对1台850+=火电机组的满负荷给水泵进行振动监测分析，该泵分主泵和前置泵2部分，主泵由1台同轴的22+=对置式汽轮机驱动，其内缸分成高压和中压2部分，各有10级和4级叶片。主给水泵为4级离心式结构，通过行星齿轮减速器与前置泵连接。

　　该泵自身配备轴振监测装置，分别在驱动汽轮机两端轴承处分别安装对相互垂直电涡流相对轴振位移传感器。测量系统用于完成泵组轴振汽机前置泵减速器及各轴承座上安装附加振动加速度传感器，测量泵组各部件在运行中的振动特性。

　　不同机组负荷下的振动特征值。其中主给水泵和驱动汽轮机缸体上的振动值明显高于其他部位。而且主给水泵振动在不同机组负荷下变化较大。机组在接近满负荷871+=运行时，泵体振动突出，机组负荷降低到约85额定负荷时，泵体振动明显减小，而负荷进步降至额定负荷的半以下时，振动又逐渐加大。这种振动变化反映了水泵通流部分入口出流体的工作状况。

　　不同机组负荷下泵的轴转速不同，负荷越大，转速越高。泵轴转速变化直接影响入口处流体相对于水泵动叶片的角度。相对流动角度与叶片角度相等或相似时，流体顺利进入叶片通道，水泵工作在最佳状态，效率最高，产生的流体冲击振动也较小。而当叶轮转速发生变化，入口流体相对角度相应改变，对叶片腑背产生附加的冲击作用，同时2在叶片入口附近形成紊流，导致流体冲击振动加大。3出叶轮转速变化对入口流体速度角流体扰动强烈，负荷为746时，振动信号中几乎没有这些动叶片通过频率472.501的高次谐波成分，流体在泵体内流动相对平稳，因而水泵的工作效率较高。可利用给水泵在运行过程中振动信号幅值的变化分析判断水泵的工作状况，发现确定异常转速变化导致流体状况变化也对给水泵转轴工作状况产生影响。4出以上3种机组工作负荷下给水泵轴心轨迹的变化。与泵体振动情况相同，在746负荷下转速4060+，轴振动位移幅值最小，负荷增加或减小，轴振幅值均有不同程度增加。另外，从轨迹中可明显看出转速倍频成分的影响，这种影响可能来自给水泵与驱动汽轮机轴间联轴器处的不对中。

　　从泵体上振动信号的功率谱中可看出机组负荷变化导致振动频率成分的变化。5将2种不同负荷下泵体振动加速度信号的功率谱进行比较。相对于746875负荷时泵体振动在整个高频范围内明显增加，而且在动叶片通过频率553 01的高次谐波频率处出现突出峰值，些峰值两侧还带有大量边带成分，明在此负荷下，泵体内3结论测量分析实例明，给水泵工况的变化导致振动信号的相应变化，在定负荷下，振动水平较低，反映泵体内介质处于较佳流动状态，工作效率高；改变负荷，则振动增大，水泵效率下降，因而可通过测量分析振动状况确定水泵的最佳工作参数。在异常情况下，通过对振动信号分析可发现识别给水泵内存在的故障并确定故障原因及部位，为给水泵及时正确和有效地维修提供信息。

　　在进行给水泵维修决策和计划时，可振动及其它运行参数的监测分析结果为依据，确定给水泵的运行状态，制定合理的维修周期和方案。

　　振动监测分析系统和方案的确定可根据具体电厂机组大小给水泵在系统中的重要程度及是否有备用给水泵等情况确定。德国工程师协会341在其1995年出版的规范中给出了火电机组给水泵振动监测系统配置的推荐意，可供参考。般对于小型机组给水泵，可用便携式振动测量仪定期监测；对大型机组给水泵，如果自身配备振动测量装置，则应充分利用该装置的测量信号，利用振动测量分析系统对其输出模拟信号进行定期采集分析，在不增加太多经费投入情况下，达到提高给水泵组运行安全性优化维修的目的。