乙烯装置锅炉给水泵P-2000A振动分析及故障诊断

1、乙烯装置锅炉给水泵 P-2000A 振动分析及故障诊断摘要 锅炉给水泵在其驱动机蒸气透平大修后联轴节侧轴承处水平径向和垂直径向振动显著增大,且 水平径向振动值超过该机组最大允许振动值,针对这一问题对机组进行振动分析及故障诊断。主题词 :振动 分析 故障 诊断锅炉给水泵是著名的德国 KSB 泵公司生产的具有九十年代先进水平的 多级卧式离心泵, 它是乙烯装置的重要设备之一, 为裂解三大机组蒸气透平 提供蒸气动力的 220吨 /小时锅炉提供水, 设计介质温度和压力分别为 155 /22MPaG,处理量为 336.6m3/hr,泵吸入压力 0.307MPaG ,泵排出压力 14.36MPaG ,叶轮级

2、数为 5级,驱动马力为 2200KW ,泵转速为 4800RPM , 驱动动力为蒸气透平驱动,透平机和泵的轴承均为滑动轴承。1999年元月该机组的蒸气透平机进行了大修,大修后开车试运发现机 组泵侧轴承座振动比检修前有显著增大(表一所示 ,透平及锅炉给水泵的 振动测点简图如图一,最大振动值为泵体联轴节侧 2轴承座水平径向达到 11.16MM/S, KSB 要求此泵各轴承座测点处最大允许振动值为 10.16MM/S, 图一 透平及锅炉给水泵振动测点简图表一 单位 :mm/s 泵体联轴节侧水平测点振动值超过最大允许振动值, 振动过大将无法保证机 组安稳运行。分析泵转速为 4800RPM ,则工频为

3、80Hz, 从频谱图(如图二可以得出, 泵体联轴节侧水平径向频谱成份为 1倍和 2倍的工频处振动幅值最大 , 1倍工频处幅值大于 2倍工频处幅值, 检修前泵联轴节侧水平径向振动频谱如图 三所示。 图二 检修后泵体联轴节侧水平径向振动频谱图 图三 检修前泵体联轴节侧水平径向振动频谱图出现这种故障频率特征的故障可能是:一 转子不平衡; 二 透平与泵之 间存在不对中。当转子不平衡时, 振动频率和转速频率是一致的, 不平衡产生的离心力 与转速的平方成正比, 轴承座的振动随转速增高而加大, 但不一定与转速的 平方成正比, 这是因为轴承座的动刚度也是转速的函数所致。 但因泵本身没 有进行大修,检修前泵侧轴

4、承座振动不大(具体数据如表一 ,而且泵介质 为高纯度的锅炉水,所以泵转子不平衡故障应排除。当转子存在不对中,但情况又并不严重时,也可以造成径向振动只有 1倍转速的成份。因为转子不对中(如图四所示 ,无论哪一种对中,事实上 两根轴是通过联轴器连成一体旋转的,因此这时轴要被强制弯曲。 这种图四 对中的三种不同形式弯曲同转子存在原始弯曲的情况同样,使轴在径向 1倍转速振动成份增加。 不对中时,轴被强制弯曲的情况及轴在各点的受力情况如图五所示。图五 中机组的 2轴承座和 3轴承座上下位置不一致, 造成左右两轴在联轴器处上 下不对中。由于联轴器的作用,两轴被强制弯曲联在一起。这时 2轴承处, 轴受到上向

5、的抗弯曲 R2, 3轴承处,轴受到向下的抗弯曲力 R3。当不对中 情况不太严重时,旋转过程中,两轴在联轴器处,可以保持相对位置不变。 弯曲力 R2 R3也是随轴一起旋转的。在垂直方向或水平方向测轴承振动,振动频率即是 1倍转速成份,但是当严重不对中时,在旋转过程 1R1 2 3 图五 不对中时轴在各点的受力情况中两轴在联轴器处无法保持相对位置不变。 如图六那样, 随着轴的旋转, 两 轴的相对位置不断变化。原始状态下两轴上下不对中,转 90°后两轴对 图六 严重不对中时两转轴相对位置变化中。 转 180°后两轴又回到原始不对中状态。 这时抗弯曲力 R2 R3就象重力 一样是一

6、个方向的不旋转的力。 但大小呈周期变化。 变化频率为 2倍旋转频 率, 因此振动频率也是径向以 2倍转速成份为主。 综合以上情况可知, 当转 子不对中时, 一般情况下, 径向产生 1倍旋转频率的振动。 当不对中情况严 重时, 才产生径向 2倍旋转频率的振动。 根据泵联轴节侧轴承处振动频谱 (如 图二 可以得出透平与泵之间存在严重不对中。 从现场分析来看, 透平是刚 大修完投入使用的, 检修前泵本身运转状态良好, 且根据同类型的 P2000B/S两台运行状况不如 P2000A 好的泵解体检查转子及其它转动部件均未见磨 损, 且叶轮也很清洁没有结垢现象, 所以没有对泵解体检修。 泵与透平工况 温度

7、不一致,透平壳体温度为 380,泵壳体温度为 135,垂直方向对中 要求冷态透平比泵低 0.13mm , 偏差 +_0.05mm, 即热态找正为 +-0.05mm, 现 场水平对中值和垂直对中值均在允许范围内。那么是什么力的作用造成机组对中不良呢?根据这一问题, 找到检修人员了解当时检修回装情况, 得知管 线法兰与透平入口法兰连接过程中使用一定的外力, 这样使得管线与透平之 间存在较大应力, 并把此应力通过透平传到机组的联轴节, 机组在运行过程 中只有通过变形来消除部分应力, 这样一来机组的对中值就不能保证在允许 范围内。措施为了克服因变形引起对中不良, 建议对透平入口管线进行调整并加以固 定, 从而达到避免因管线与入口法兰存在应力引起变形。 根据这一建议, 在 99年 4月 24日又重新对透平的入口管线进行固定, 固定方法是在原来的入 口管线固定点处进一步加固固定支架,并且把固定点与入口管线焊接在一 起, 调整透平入口法兰与管线法兰之间的对中, 限制管线变形, 从而避免透 平机垂直方向和水平方向的变形, 机组重新调整对中。 重新开车后机组振动 值下降较大且在允许范围内。经过近八个多月的运转,机组一直平稳运行。 具体数据如表一,泵体联轴节侧水平径向振动频谱如图六和图七所示 :图六 入口管线加固后泵联轴节侧轴承水平径向振动频谱图 图七