DG270-140C型给水泵汽动技术改造及 振动超标分析与处理

概述

DG270-140C型给水泵是与容量为410t/h的高温高压锅炉相配套的辅机。水泵的额定流量为440t/h、扬程为1460米，额定转速为2989r.p.m、功率为2240KW。此类给水泵在城市区域热电厂，冶金、钢铁、石油、化工等行业自备热电厂中广泛应用。这类给水泵原都是由电动机带动。随着节能减排任务的深入贯彻实施，这些热电厂可根据本厂的蒸汽热源系统及供热需求，可选用适宜的工业汽轮机来带动给水泵运行，即实施汽轮机拖动技术改造，这样既可优化蒸汽供热系统，又可提高能源的利用率，节约可观的厂用电量获得显著的经济效益。巨化热电厂于2007年2月完成了一台此型给水泵的汽轮机拖动技术改造工作，并对改造过程中所遇到的给水泵进、出口端轴承座水平振幅严重超标的缺陷进行了有效地处理并取得了较好的技术改造成果。为此在这作一论述，以达可供同类技术改造项目借鉴之目的。

1、汽轮机拖动技术改造设备的配置与布置

1.1、技术改造的设备配置

根据我厂0.49MPa压力等级的蒸汽供热量不足，我们选用了型号为B3-35/5型背压式汽轮机拖动给水泵。此型汽轮机进汽压力为3.53MPa、温度为435℃，排汽压力为0.59MPa，额定功率为2500KW，汽轮机额定转速为5600r/min。

  为了使汽轮机与给水泵的额定转速相匹配，我们选用了转速比为n1/n2=5607/3000r/min、功率为3000KW的齿轮减速器。

另外根据齿轮减速器和给水泵热态运行时的机械膨胀量值和膨胀方向以及给水泵运行时转子工作串量值的大小，齿轮减速器与给水泵间的联轴器选用了能有效平衡转子轴向位移量的叠片挠性联轴器，其型号为TD6-2100，额定功率为3000KW，公称扭矩为20000Nm，轴向位移最大补偿值为3.8mm。

1.2、设备的布置

设备的总体布置简图如图1-1所示

     汽轮机缸体的热膨胀方向朝机头，死点在缸体后部，给水泵泵体膨胀方向朝给水泵高压端，而给水泵转轴工作串量移动方向朝低压端，其值为3.1~3.5mm左右。为此所选用的叠片挠性联轴器的轴向位移补偿值一定要大于3.5mm以上。

2、汽动技术改造后给水泵振动超标的表象及原因分析

2.1、振动表象

汽动技术改造后试运期间，给水泵的高、低压端轴承座振动位移值严重超标，当汽轮机转速为5600rpm时给水泵转速为2989rpm，其振动值最高曾达15丝。通过对给水泵流量和转速的改变，发现其振动值随着给水泵流量、转速的增加而明显增大。其实测值如表2-1、表2-2所示；

表2-1；                                         （振动单位：丝）

（注；运行工况为；汽轮机转速为5450rpm、主蒸汽流量为24.57t/h、进汽压力为3.5MPa、进汽温度为410℃、排汽压力为0.56MPa、排汽温度为261℃、给水流量为376 t/h。）  

表2-2；                                         （振动单位：丝）

（注；运行工况为；汽轮机转速为5600rpm、主蒸汽流量为28.27t/h、进汽压力为3.5MPa、进汽温度为410℃、排汽压力为0.6MPa、排汽温度为263℃、给水流量为390t/h。）    

另测得高、低压端水平振动位移频谱图如图1-2、图1-3所示；

频谱图显示，具有振动幅值的频率分布广泛，波形有奇变，有削波现象，且一倍频振动分量很大。

2.2、振动原因分析与查找

依据振动频谱图振动频率分布范围和振动幅值的大小，可判断出给水泵转子存在动不平衡和动静碰磨现象。但能引起给泵转子动不平衡和动静碰磨的因素是多方面的，从设备的支撑刚度来看，给水泵的水平方向是最为薄弱的，虽然汽轮机和齿轮减速器振动值较小，但也不排除这些设备有缺陷而引起给水泵振动。为了能有效找出振动原因，我们采用了排除法，即能单试的设备进行单试，能拆出检查的设备就拆出检查。我们采取了以下的措施；

（1）、把齿轮减速器与给水泵的联轴器脱开，用蒸汽直接拖动汽轮机和齿轮减速器转速至5600rpm，测量其振动值，用以排除汽轮机和齿轮减速器的设备缺陷。

（2）、解体给水泵，验证水泵动静是否碰磨，转子是否弯曲和动不平衡。

（3）、测量计算齿轮减速器传动轴和给水泵转轴冷热态中心改变量值，以便二联轴器冷态找中心时有正确的中心偏置值。

上述三项工作的检查结果为；

（1）、汽轮机和齿轮减速器单独运行状态良好。可以断定汽轮机和齿轮减速器设备完好。

（2）、齿轮减速器热膨胀值制造厂提供的数值如图1-4所示；

实际运行测试数据如图1-5所示；

为此给水泵热态转子中心的抬升量为；

δ1=h1×Δt1×α1=560×11.5×10-6×19=0.12236(mm)

其中；h1——为给水泵支座高度（其值为560mm）

Δt1——为给水泵冷热态温差值（环境温度为28℃时其值取19℃）

α1——为支座的热膨胀系数（查得数值为11.5×10-6/℃）

齿轮减速器大齿轮轴的中心抬升量为；

δ2=h2×Δt2×α2=740×11.5×10-6×20=0.1702(mm)

其中；h2——为齿轮减速器大齿轮轴的中心高度（其值为740mm）

Δt2——为齿轮减速器冷热态温差值（环境温度为28℃时其值取20℃）

α2——为齿轮减速器的热膨胀系数（查得数值为11.5×10-6/℃）

显然齿轮减速器大齿轮轴的中心高度热态比给水泵转子中心高度多抬升0.05mm。

齿轮减速器大齿轮轴的中心向外膨胀量为；

δ3=h3×Δt3×α3=180×11.5×10-6×20=0.0414(mm)

其中；h3——为齿轮减速器二齿轮轴的二分之一中心距离（其值为180mm）

Δt3——为齿轮减速器冷热态温差值（环境温度为28℃时其值取20℃）

α3——为齿轮减速器的热膨胀系数（查得数值为11.5×10-6/℃）

而给水泵的转轴中心热膨胀时水平方向保持不变。显然在冷态二联轴器找中心时，给水泵转子中心应预先抬高5丝、往外偏置4丝，这样热态运行时二转子中心能保持一致。

（3）、给水泵解体检查时发现给水泵动静部分严重碰磨。但给水泵转子在冷态时并不弯曲。因此判定转子存在热弯曲现象，其主要原因是给水泵转子动不平衡，进水支座严重变形，引起导叶和泵壳组装中心跑偏，从而导致水泵转子中心和导叶泵壳中心难以一致，在运行时造成水泵动静碰磨发热，引起转子热弯曲，最终引发水泵振动超标。

3、振动缺陷处理

（1）、更换进水支座。

（2）、给水泵转子与叶轮整体组装后做高速动平衡。其动平衡数

值如表3-1所示；

表3-1                            （注；动平衡转速为2950rpm）

在组装水泵时，尽量使转子在泵体中的上下、左右位子经过抬轴试验和轴瓦对中尽可能调至中心位置。这次#10给水泵经抬轴试验上下总间隙量为80丝，这样通过调整轴瓦的调整螺栓，使轴上升40丝，另通过下轴瓦盖

在转轴的上方观察左右方向离轴承座的距离，通过调整轴承座的左右调整螺栓，使转轴处在水平方向的中心位置。然后测量水泵的总轴串量，调整工作串量、平衡盘与平衡盘座、推力盘与推力瓦之间隙值。组装完后，用手轻轻盘动转轴，转轴能自行转动。

 （3）、在冷态找中心时，应考虑齿轮减速器传动轴与给水泵转轴之间的热膨胀差值，测量计算结果为齿轮减速器的传动轴在热态时比水泵转轴多上升4.8丝，多往外偏移4.14丝。这次冷态找中心时，连上进、出水管路后给水泵比齿轮减速器中心预抬高6.25丝、往外预偏3丝，具体找中心数值如图1-6所示。同时在泵组启动前尽量使齿轮减速器的润滑油温控制到达运行时的温度。

4、投用运行数值

  这次泵组启动后，水泵振动现象完成消除，且水泵的运行效率也有了较大的提高。其运行振动测量数据如表4-1所示；

表4-1

（注；以上振动数值是在给水流量为400t/h,主蒸汽流量为28.79 t/h，进汽压力为3.44MPa、温度为405℃，排汽压力为0.59 MPa、温度为260℃，汽轮机转速为5602rpm、给水泵转速为2997 rpm的运行状态下测得）

5、结论

（1）；通过这次技术改造的工程实践，我们认为DG270-140C型给水泵这种汽动技术改造的方式是可行的，其技术改造经验值得其它项目借鉴。

（2）、DG270-140C型给水泵汽动技术改造有着良好的安全性和经济性，给水泵转速可在水泵运行允许范围内进行调整，既给水流量可在调节阀全开的状态下进行调节，减少了阀门的节流损失，同时也减少了热能转化为电能再由电能转化为机械能的能量转化损失。同时也解决了我厂0.49MPa蒸汽流量不够需用1.27MPa等级的蒸汽通过减温减压来补充的供汽方式，优化了我厂的热力系统的配置。