超超临界660MW机组凝结水泵振动异常解析

李万军

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摘要：某电厂8号机组大修后，A凝结水泵立式电动机空载试转时驱动端轴承振动大的现象，通过故障诊断，提出解决方案并进行处理；凝结水泵与电动机连接后进行工频运行时，出现电动机非驱动端轴承振动大现象，同时，凝结水泵伴随有异音，对凝结水系统进行故障诊断排查，消除设备安全隐患。

关键词：立式电动机；振动；工频；异音；故障诊断

1系统和设备概述

某电厂8号机组为超超临界660MW汽轮发电动机组，配置两台凝结水泵，一台运行一台备用，为沈阳工业泵制造有限公司生产的10LDTNB-5PS型立式双层水泵；凝结水泵电动机为湘潭电动机厂生产生产的变频调速立式三相式异步电动机/YSPKKL560-4；凝结水泵入口设置滤网，型号为沈阳工业泵制造有限公司生产的10LDTNB-5PS-LW00（沈阳工业泵制造有限公司生产），入口滤网前后压差报警值为5kPa。

1.1凝结水泵主要设计参数

凝结水泵主要设计参数如表1所示。

表1 凝结水泵主要设计参数

1.2电动机主要设计参数

电动机主要设计参数如表2所示。

表2 电动机主要设计参数

1.3 凝结水系统流程图

低压缸排汽经凝汽器冷凝后，通过凝结水母管一分为二，分别沿凝结水支管经入口电动门、入口滤网以及入口膨胀节进入两台凝结水泵，见凝结水系统流程图1所示。

图1凝结水系统流程图

1凝结水母管；2、3入口电动门；4、5入口滤网；6、7入口膨胀节；8凝结水泵B；9凝结水泵A；10、11出口电动门

2故障现象概述

2018年3月29日，机组在大修后，A凝泵电动机进行复装，就位后进行空载试转，A凝泵电动机达到额定转速时发现驱动端振动大，通过检测发现驱动端轴向振动值为0.9mm/s，径向振动值为2mm/s，切向振动值为6.78mm/s（报警值4.5mm/s，危急值7.1mm/s）。

2018年3月30日，将A凝泵电动机带负载运行后，测量A凝泵电动机的振动，测得电动机驱动端轴向振动值为1.41mm/s，径向振动值为2.18mm/s，切向振动值为1.89mm/s。

2018年4月6日，A凝泵电动机带负载运行一段时间之后，发现电动机非驱动端与驱动端振动值均偏大，同时泵在运行过程中伴随有异音，具体表现为电动机驱动端径向振动值2.89mm/s；非驱动端径向振动值为6.93mm/s；泵的驱动端径向振动值为1.37mm/s。

3故障原因分析

3.1 A凝泵电动机空载试转振动大原因分析

机组大修前A凝泵电动机运行参数正常，未进行解体检修。机组在大修后，A凝泵电动机进行复装，就位后进行空载试转，达到额定转速时发现驱动端振动大，使用超声波检测电动机轴承无异音，观察轴承温度趋势平稳。通过检测发现电动机驱动端轴向振动值为0.9mm/s，径向振动值为2mm/s，切向振动值为6.78mm/s，振动频谱如图2所示。

图2 A凝泵电动机驱动端振动频谱图

由图2可以看出，振动速度以低倍频为主，通过对振动速度和频率进行分析，初步原因为轴承故障所致；同时，振动速度还存在一定的一倍频成分，初步分析为电动机磁力中心线不对中，存在一定的电磁力不平衡。

对于电动机磁力中心线不对中，可以将A凝泵电动机带负载运行后进行测试，如果是磁力中心线不对中的问题，带载试验时振动值会有所下降。将A凝泵电动机带负载运行后测量振动情况，电动机驱动端轴向振动值为1.41mm/s，径向振动值为2.18mm/s，切向振动值为1.89mm/s，A凝泵电动机振动频谱见图3所示。

A凝泵电动机带负载运行后，在泵推力轴承的作用下，在一定范围内限制了电动机的窜动，电动机整体振动值有所减小。

图3 A凝泵电动机驱动端振动频谱图

图4 A凝泵驱动端振动频谱图

根据A凝泵电动机驱动端解调波形图（如图5所示）可以看出，电动机轴承各方向冲击值相近；

图5 A凝泵电动机驱动端解调波形图

根据A凝泵驱动端解调波形图（如图6所示）可以看出，泵轴承轴向冲击值较大，达到68.7g，且每隔1秒钟左右出现一次较高的峰值，径向和切向冲击值相对较小；

图6 A凝泵驱动端解调波形图

根据电动机空载试转和带泵运行时的振动变化和凝结水泵的冲击值偏大，以及推力轴承温度上升较快等现象，分析原因如下：

1）、电动机定子重心偏离竖直方向，导致磁力中心线不对中；

2）、电动机转子定位不准；

电动机安装时磁力中心线不对中，造成转子偏离磁场中心位置，电动机运行过程中，在磁场作用下转子由底部向磁场中央移动，撞到轴根后反弹，形成往复移动。由于凝泵电动机非驱动端轴承（7330-B-NP）为角接触球轴承，它的滚珠沟接近于锥型，上宽下窄，因转子窜动，轴承的动静座就不在一个平面上，滚珠会偏离原来的轨道，动座转动半径就会变大，从而引起电动机晃动，振动偏大。

根据以上分析，决定对凝结水泵电动机进行解体检查，发现：

1）驱动端轴承端盖轴套磨损（磨损量深度最大为0.5mm），见图7所示；

2）轴承润滑油脂劣化变色，见图8所示；

图7 A凝泵电动机驱动端盖轴套磨损图

图8 A凝泵电动机驱动端轴承润滑油脂变色情况

3.1.1轴套磨损原因排查

1）轴承异常

电动机解体后对驱动端轴承进行检查，轴承转动灵活，只是润滑油脂出现劣化变色，不影响电动机正常运行，未发现其它异常问题。

2）检修拆装工艺不规范

自2016年投运以来，电动机从未进行解体检修工作，只是定期添加润滑油脂，排除检修过程因工艺不规范拆卸对轴套的损伤。

3）热膨胀导致配合间隙超标

电动机安装在凝泵坑内，运行记录显示轴承温度常年在38℃以内，温差和温度均在合理范围内，因此，温差不会导致钢和铸铁因膨胀系数不同而产生较大的膨胀量，造成轴套与轴承的配合间隙超标。

4）轴电流异常过大

轴电流过大主要是由于转子在旋转时两端对地产生不同的轴电压造成的，过高的轴电压会穿过润滑油膜形成轴电流，造成油膜破坏、轴承和轴径损伤，但检查时均未发现异常。

5）A凝泵电动机驱动端振动大

A凝泵电动机空载试转后，通过对运行记录、振动速度和频谱的分析，在故障出现时，电动机驱动端振动值出现突然增大，由此判断驱动端轴套磨损应该是由振动大导致的。

3.1.1.1 A凝泵电动机驱动端振动大的主要影响因素

因机组大修前，A凝泵电动机振动值良好，只是在大修后复装时出现振动大，结合振动速度和频谱数据进行分析，判断振动大的主要影响因素为A凝泵电动机定转子磁力中心线不对中引起的。

3.1.1.2 A凝泵电动机定转子磁力中心线不对中原因

A凝泵电动机解体后，对A凝泵电动机转子和定子进行试验检查，测量A凝泵电动机各部件以及相关配件的配合，未发现异常现场。

对A凝泵电动机基础台板水平度进行测量，发现超标严重，台板水平度达到0.27mm/m，超过设计值0.05mm/m要求，导致A凝泵电动机转子重心偏离垂直方向，定转子磁力中心线不对中，运行中因偏磁力的作用引起电动机空载运行过程中振动值增大，较大的振动会对驱动端轴承造成载荷冲击，导致轴套逐渐出现磨损。

3.1.2处理措施和效果

1）对A凝泵电动机基础台板上表面进行刮磨修复处理，采用调整垫片等手段确保基础台板上表面水平度，达到设计值要求；

2）对驱动端已磨损的轴套进行更换处理，调整轴套与轴承的紧力达到-0.02mm，并重新进行中心校核工作；

3）对A凝泵电动机驱动端和非驱动端轴承的润滑油脂全部进行更换处理，确保油膜润滑效果。

A凝泵电动机经修复处理后，进行复装并进行空载试转，A凝泵电动机各项振动和瓦温指标（见图9和10）均正常。

图9 A凝泵电动机驱动端振动频谱图

图10 A凝泵电动机驱动端解调波形

3.2 A凝泵电动机带负载运行时振动大原因分析

A凝泵电动机振动具有以下特征：

1）A凝泵电动机非驱动端振动值最大，主要表现在径向（沿凝泵进出口管道方向）上，高达6.93mm/s，振动值严重超标（报警值为4.5mm/s），从频谱图上看出，振动频率主要表现为0.5X转速频率，同时存在一定的1X、1.5X和2X转速频率的分量（见图11）。

图11 A凝泵电动机非驱动端振动频谱图

2）A凝泵电动机驱动端振动值最大为2.89mm/s，主要表现在径向（沿凝泵进出口管道方向）上，从频谱图上看出，振动频率主要表现为1X转速频率，同时存在一定的0.5X和2X转速频率的分量（见图12）。