大型卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)振动大原因分析及处理方法探究
大型循环水泵是火电厂机组中的重要设备,循环水泵是否稳定运行直接影响整个机组的运行,关系到电厂的生产效益。因此,循环水泵在运行过程中应加强日常管理工作,定期维护保养,及时发现隐患、消除隐患,避免设备带病运行,延长使用寿命。针对卧式循环水泵振动问题,从水泵的工作原理和技术优势、振动超标的原因、大型卧式循环水泵振动大问题的实例分析等方面进行探究。结果证实,振动超标的原因较多,技术人员应采取针对性的处理方法,并做好日常运维工作,提高卧式循环水泵的运行可靠性。
1、卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)的工作原理和技术优势
1.1工作原理
循环泵是输送反应、吸收、分离、吸收液再生的循环液用泵,它的扬程较低,只是用来克服循环系统的压力降。以常见水泵为例,工作原理是:泵壳内充满水,启动后叶轮高速旋转,入口处水压降低,沿着叶轮半径方向的水压提高,在压力差的作用下,进水管内产生一定吸力。低处水推开进水阀门,沿着水管进入泵壳;然后经叶轮甩进出水管,将低处的水抽向高处。一种卧式节能循环水泵的结构组成如图1所示。
1-泵体;2-排气阀;3-叶轮;4-泵盖;5-电机;6-一紧固螺丝;7-加长轴;8-紧钉螺丝;9-二紧固螺丝;10-底座;11-进口;12-出口
图1卧式节能循环水泵的结构示意图
1.2卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)技术优势
卧式循环水泵运行时,技术优势包括如下几点。
(1)进水口、出水口、流道经特殊处理,水流进入泵壳更加顺畅,抗汽蚀性更好。
(2)转子的重量减轻,泵组径向力减小,能提高轴承的使用寿命。
(3)转子运行时的挠度值减小,能减轻叶轮口环的磨损度,降低功率损耗。
(4)降低液体输送过程中的体积损失、机械损失和水力损失。
(5)用于实际生产中,初期投资低,运行稳定,检修维护方便。
2、卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)振动超标的原因
卧式循环水泵运行时,振动超标的原因较多,综合相关研究报道,这些原因可分为四大类:设计原因、安装原因、运行控制原因和设备本身原因。
2.1卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)设计原因
一,入口压力过低产生汽蚀。循环水泵设计时,如果液面较高,进口管道阻力大,就会降低入口压力。该压力达到一定数值,进口水发生汽化,会形成大量气泡。在叶轮作用下,气泡前进到达高压区会缩小、破裂,周围液体快速填充,会造成水力冲击,导致振动超标。
二,管道柔性大产生共振。循环水泵在运行时,本身会产生一定振动,这种振动较小,不会影响运行安全。但是,如果构件固定不牢,这些小振动经液体传递给管线,而管线柔性较大、刚度较小,就会引起结构共振,导致振动超标。
三,管道位置设计不合理。循环水泵的进出口管道设计有问题,造成入口流量不均匀,运行过程中偏离额定工况点,泵内水的流态异常,在强烈的水力波动下导致振动超标。
四,基础刚性过小。底座及锚固件是循环水泵的基础,通常浇筑在混凝土结构中。实际生产中,各个系统同时运行,各种振动会通过基础造成影响。如果基础刚性过小,或者发生松动,随着振动加剧,就会导致振动超标。
2.2卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)安装原因
一,对中偏差。
(1)电机和循环水泵对中偏差。电动机的动力通过联轴器传递给泵体,安装时,对电机和循环水泵的对中精度要求高。出现对中偏差后,会影响联轴器的平衡状态,为了补偿偏差,联轴器会发生协调变形,产生协调应力。该应力作用在电机和泵体上,就会导致振动超标。
(2)进出口管线和泵中心偏差。循环水泵使用过程中,在外力或其他因素的影响下,壳体会发生变形,导致转子和壳体之间发生偏差。试车时,会发现水平振动大于垂直振动、轴向振动,而且这种振动具有周期性。
二,基础偏心。
循环水泵固定在基础上,随着使用时间延长,基础发生不均匀沉降,会导致基础的位置偏移或高程改变,电机和循环水泵之间对中超差,也会造成振动超标。
三,基础松动。
循环水泵的基础重量轻、地脚螺栓固定不牢,或安装过程形成弹性基础,或在水的作用下降低了基础刚度,此时,水泵产生一个临界转速,和振动相位相差180°,导致振动频率增加。
四,联轴器故障。
联轴器的作用是把水泵轴、电动机轴联系起来,实现扭矩传递的效果。如果联轴器出现以下问题,即:
(1)连接螺栓的间距不合理,发生对称性破坏;
(2)加长节偏心,产生偏心力;
(3)锥面度超差;
(4)动/静平衡不好;
(5)弹性销和联轴器之间过紧,影响弹性销的弹性调节;
(6)联轴器和轴之间的间隙过大;
(7)胶圈发生严重磨损;
(8)传动螺栓质量差,均可能导致联轴器不同心,造成振动超标。
五,安装不规范。
(1)出口管道支架的刚度小,发生较大变形,导致管道压在泵体上,造成电机、泵体破坏。
(2)安装进出口管道时,管道和泵体之间产生较大应力。
(3)进出口管线的支吊架,安装情况和设计不相符,出现局部松动、约束刚度减小等情况,都可能引起振动超标。
2.3卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)运行控制原因
一,进出口管道内有空气。水泵进口管道的放气管关闭,或充水时有残留的空气,水泵运行时,空气在压力、流速作用下压缩。随着压力和流速变化,空气团的体积也会变大变小,导致水流速度改变,引起水击现象和振动超标。一般情况下,少量空气会随着水流运行被带走,振动现象逐渐减弱、直至消失。如果振动持续存在,说明积存的空气较多,应打开放气阀排出。
二,进口压力不足。进口管道堵塞,入口滤网阻力过大,会导致进口压力不足,该数值明显低于泵的有效汽蚀余量。如此,泵内水体汽化,就会产生汽蚀现象,此时,可听到泵内有异常响声,尤其进口处的振动过大。
三,阀门的阀板掉落。关断阀、止回阀的阀板掉落会影响管道的通流能力,掉落位置形成节流,导致入口压力减小、泵流量减小,继而引起汽蚀现象,或偏离额定工况,造成振动超标。
四,实际流量过大。水泵运行时,实际流量严重超出额定流量,如入口处电动阀关小、出口流量值过低等,就会导致振动超标。
五,润滑效果差。轴承部位的润滑油杂质含量高,或者发生变质,因润滑效果差造成工况恶化,就会引起振动超标。
2.4卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)设备本身原因
一,轴承松动损坏。轴承的作用是承担轴向力和径向力,一旦轴承松动、损坏,会直接带来振动问题,并伴有异常声响、发热等现象。水泵运行时,如果轴承温度超出额定温度,会加快磨损速度,造成振动超标。
二,叶轮腐蚀。叶轮和水流直接接触,如果流道受到冲刷腐蚀,可能导致叶轮偏心,导致振动现象加强。
三,轴瓦间隙不合适。在滑动轴承上,轴瓦顶部间隙过小,轴和上瓦接触产生的摩擦力,和转子的旋转方向相反,转子就会产生振动。轴瓦间隙过大,无法形成工作油囊,因干摩擦也会引起振动。
四,平衡装置失效。平衡装置的作用是叶轮运转时平衡轴向力,如果该装置失效,如出力不足、超电流、效率降低等,就会引起振动。
五,转子动不平衡。转子的质量中心偏离了轴线,会产生偏心质量,高速转动时偏心质量转化为离心力,在离心力作用下轴承就会振动。常见现象有转子产生不平衡量、叶轮和轴之间的间隙变大、泵轴变形弯曲、叶轮磨损等。
六,电机故障。因电机故障引起的振动超标,主要包括如下几点。
(1)电机零部件损坏或松动,如铁芯松动、定位装置松动、结构件松动等。
(2)转子和定子的绕组中心线发生偏差,两者的中心不对应,会产生不均匀的磁场,转化为激振力引起振动超标。
3、卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)振动大问题的实例分析
3.1项目概况
某火电厂内,一期工程有两台1000MW的发电机组,每台机组配置3台大型卧式循环水泵,以保证冷却水系统正常运行。该水泵是单级混流泵,由三相异步电动机提供动力。电动机的额定功率是3200kW,额定电压是10kV,额定电流是300A,功率因数为0.9,大转速为370r/min。机组于2018年7月正式投运,运行稳定。
2021年10月进行二期工程建设,设备和一期工程相同,建成后水泵试运转时出现异常振动,遂进行停机检修。
3.2振动现象
10月5日,循环水泵经过电机试转、泵低速试转,各项数据正常;然后高速运行,3个水泵均出现故障。
(1)A循环水泵开启后,联轴器侧的振动幅度明显增大,大值为236μm,轴瓦温度升高至87℃,技术人员紧急关停。现场检查发现:水泵地脚处发生移位,泵体向冷却塔的方向移动3mm,电机地脚处没有移位情况。对联轴器外罩打开检查,发现泵轴、电机轴的中心发生偏差,泵轴向入口处偏移,且卡死盘不动。对轴承箱解体检查,发现联轴器侧的下轴瓦发生磨损,导致轴瓦跑偏,电机转子未见明显异常。
(2)B循环水泵开启后,联轴器侧的振动幅度明显增大,技术人员紧急关停。对联轴器外罩打开检查,发现泵轴、电机轴的中心发生偏差,泵轴向入口处偏移2mm。
(3)因A、B两台循环水泵均出现问题,未对C水泵进行高速运转试验,拆开联轴器外罩检查,发现泵轴、电机轴的中心发生偏差,泵轴向入口处偏移1mm。
3.3卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)原因分析
根据振动现象,结合现场检查和解体检查,分析振动大的可能原因有4个,对4个原因进行逐一排查。
(1)泵体和电机的轴系对中偏差。解体检查3台水泵的泵轴、电机轴的中心均发生偏差,这是造成振动大的直接原因。但是,安装单位完成安装后,对联轴器进行复查,结果证实数据均符合要求,其中,对轮圆周≤0.05mm,张口≤0.03mm,且顺利通过低速运转试验,轴承振动和温度均正常,这说明泵体和电机的轴系对中偏差不是引起振动大的根源。
(2)电机轴承润滑差。该水泵电机轴承采用强制润滑,如果润滑油杂质含量高,或者油压不够,无法形成良好的油膜,就会造成轴瓦磨损,引起振动。检查发现,电机润滑油单独循环,油品质量好,且没有异物,油压约为0.25MPa,并没有出现异常,可以排除这一原因。
(3)泵体及地脚螺栓质量问题。泵体和地脚螺栓出厂时均经过质量检验;安装前,在车间内进行整体试转,结果也符合要求,可以排除这一原因。
(4)进出口大小头管道固定不良。该循环泵现场安装时,进出口阀门采用独立的支撑系统。其中,进出管大小头的一侧和泵用螺栓连接固定,另一侧与橡胶膨胀节连接,大小头无独立支撑座,运行时的重量均由泵体承担。安装使用手册中,明确要求泵体不能支撑管道,在水流冲击作用下,大小头摆动引起泵体振动,并造成泵体移位,是本次故障发生的根本原因。
3.4卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)处理方法
明确振动大的原因后,处理方法是对进出口大小头管道进行固定,并且加装独立支撑,可行方案有两个。
方案1:将橡胶膨胀节全部改为刚性管道,或在大小头管道加装独立支撑。处理后,大小头管道的两侧刚性连接,不会发生摆动,且管道重量由阀门支座承担,确保水泵稳定运行。
方案2:锁紧橡胶膨胀节。处理后,循泵进出口橡胶膨胀节的限位螺栓打紧固定,膨胀节没有了轴向伸缩量,变成类刚性节管道,大小头管道得到固定,管道重量由阀门支座承担。
综合对比两个方案,为了加快进度、缩短工期,终采用方案2,具体操作如下。
(1)紧固水泵进出口橡胶膨胀节的限位螺栓,锁紧固定橡胶膨胀节,促使其刚性固定。
(2)对水泵的轴系中心进行调整,严格满足设计要求,并对泵体、电机的地脚螺栓紧固。
(3)A水泵解体检查后,对叶轮、口环卡死部位进行打磨修复,并且更换联轴器侧的轴瓦。
3.5卧式循环水泵(胶球清洗胶球泵)运行效果
处理后,再次对3台水泵进行高速运转试验,监测电机驱动端/非驱动端、泵驱动端/非驱动端的轴振幅度、轴承温度。分析监测数据,现场没有管道振动或异常声响,监控中心显示水泵的各项运行参数均正常。此后,水泵正式运行中,没有出现振动大、轴温升高等情况,说明振动大的问题解决。
综上所述,循环水泵是工业生产中常用的一种设备,其中,卧式循环水泵具有多个技术优势。从设计、安装、运行控制和设备本身4个方面,详细分析了水泵运行时振动大的原因,结合实际案例,介绍了相应的处理方法。希望通过,为相关企业的生产管理工作提供借鉴,及时明确故障原因,及时检修处理,保证水泵和整个系统稳定运行。