穆肖靜

(華能銅川照金電廠，陜西銅川　727100)

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600MW機組汽泵前置泵故障原因及處理

穆肖靜

(華能銅川照金電廠，陜西銅川727100)

摘要:華能銅川照金電廠前置泵運行多年，出現(xiàn)了泵蓋結(jié)合面沖刷、低負荷軸竄大、軸承損壞、機械密封冷卻套泄漏等缺陷，對原因進行分析總結(jié)，并提出多項針對性解決方案及注意事項，有效改善了機組運行情況。

關(guān)鍵詞:前置泵;軸承;軸竄;機械密封冷卻套

1　前置泵情況概述

華能銅川照金電廠2×600 MW機組為亞臨界直接空冷機組，每臺機組配置2臺50％額定容量的SQ 300－670型汽動給水泵前置泵(以下簡稱汽前泵)，以及1臺30％額定容量的SQ 250－560電動給水泵前置泵，均為水平中開、單級雙吸的結(jié)構(gòu)形式。驅(qū)動端使用NU317單列滾子軸承，采用油浴潤滑，自由端使用2盤7317推力球軸承，采用油環(huán)潤滑，依靠自由端軸承背靠背安裝(外圈厚邊靠厚邊)來進行轉(zhuǎn)子軸向定位，驅(qū)動端軸承軸向無約束，使用雙膜片聯(lián)軸器，軸封配套使用博格曼機械密封(以下簡稱機封)，外接冷卻水供機封冷卻套與軸承油池冷卻盤管使用，前置泵整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。汽前泵額定質(zhì)量流量qm=1079 t/h，揚程h =136 m，額定轉(zhuǎn)速n = 1 480 r/min，額定功率P = 560 kW，電動機型號為YKK450－46000V。

圖1　前置泵整體結(jié)構(gòu)

2　長期運行中暴露出的問題

自2007年投產(chǎn)以來，前置泵總體運行趨于穩(wěn)定，尤其是軸承振動幅度始終處于優(yōu)良范圍內(nèi)(0.2 mm以內(nèi))，即便在軸承損壞與軸竄大的情況下，振動幅度也不會有明顯變化。該泵可以在停運后不放水，在鎖好機封鎖片的情況下，用馬鞍將軸提起后即可進行軸承更換工作，極大地減少了退備時間，減少了對機組帶負荷的影響，且由于兩端軸承托架有定位銷，一般軸承更換完畢后無需對聯(lián)軸器找中心，大修時也無需調(diào)整托架位置，檢修非常便利。聯(lián)軸器采用雙膜片，對運行中熱膨脹引起的聯(lián)軸器誤差也有很好的吸收作用。但經(jīng)過長時間運行，一些缺陷逐漸顯現(xiàn)出來。

(1)出口管道振動。開機啟動汽前泵時，出口管道振動幅度非常大，多次將出口管道吊架上的螺母振掉，但在第2次啟動時管道基本無振動。

(2)泵蓋結(jié)合面沖刷。該型泵在大修時，上、下泵蓋在密封環(huán)附近中分面上出現(xiàn)較為嚴重的沖刷，沖刷深度超過1 mm，造成水泵出口壓力水回流至葉輪入口，引起水泵效率降低。

(3)低負荷時軸竄大。機組在開機過程中，前期給水系統(tǒng)流量較小，轉(zhuǎn)子常發(fā)生前、后軸向竄動，引起自由端推力球軸承銅保持架異常磨損，油池中銅粉較多時，常常堵塞回油孔，使?jié)櫥屯ㄟ^油檔溢流至漏斗中，直至自動補油杯內(nèi)的油用盡。

(4)軸承損壞。運行中軸承多次出現(xiàn)保持架斷裂，軸承套與軸徑滾鍵、磨損問題，油質(zhì)頻繁發(fā)黑，油檔溢油，軸承竄動大，滾珠磨損燒蝕。夏季軸承溫度高，需外接軸流風(fēng)機降溫。

(5)機封冷卻套泄漏。前置泵機封冷卻套與泵殼相連的結(jié)合面，在大修后運行很短時間便發(fā)生泄漏，泄漏的高溫汽水引起軸承進水或溫度升高，且運行中一般只能進行帶壓堵漏處理，由于空間受限，堵漏效果不理想。前期檢修中分面使用587平面密封膠，曾引起較大泄漏，后一直使用汽缸密封脂，可解決中分面泄漏問題，但仍然不能很好地解決機封冷卻套結(jié)合面泄漏問題。

3　故障原因分析及改進方案

(1)出口管道振動主要是由于中壓給水管道布置存在空氣滯留的死角，鍋爐未點火時，給水系統(tǒng)的水流路徑為除氧器至前置泵，再至汽泵，經(jīng)過再循環(huán)調(diào)閥回到除氧器。由于管路中存在空氣，造成前置泵啟動時，水流加速將空氣的空間占據(jù)，受到縮小通徑(如再循環(huán)調(diào)閥)的阻滯而發(fā)生水擊現(xiàn)象，造成了管道支吊架過載和管路焊縫應(yīng)力超載，嚴重時甚至?xí)⑺贸隹诜ㄌm掰裂。鑒于出口管道振動危害性較大，電廠已制作固定框架進行限位，但由于管道振動是硬沖擊，框架很快損壞?，F(xiàn)擬定加裝阻尼器，并強化著力點的根部結(jié)構(gòu)，可以有效降低起泵時管道的擺動幅度，同時對吊架所有的螺帽進行檢查并點焊死。

(2)泵蓋中分面泄漏問題。大修時在不放轉(zhuǎn)子的情況下，空扣上半泵殼，測量中分面間隙，發(fā)現(xiàn)泵殼中分面四周嚴密，中間拱起，主要是由于前置泵注水時除氧器的水溫已經(jīng)較高，熱水直接通過前置泵入口門到達前置泵，前置泵受到熱沖擊，內(nèi)壁溫度高于外壁溫度，導(dǎo)致內(nèi)壁金屬膨脹受阻產(chǎn)生塑性變形，待外壁溫度上升后發(fā)生中間拱起的永久變形趨勢，變形原理類似于加熱直軸法。另外，前置泵泵殼一直沒有加裝保溫材料，也造成內(nèi)壁膨脹大于外壁以及鑄造殘余應(yīng)力釋放等，經(jīng)過長時間的運行累積，使泵殼發(fā)生永久變形。密封環(huán)附近沒有連接螺栓，此處中分面墊片壓緊力不足，發(fā)生高壓水泄漏后很快沖掉石棉墊片，出現(xiàn)1 mm的間隙，在密封環(huán)兩側(cè)136 m水柱壓差下，泵殼中分面金屬被沖刷出溝槽。泵殼采用冷焊工藝，泵殼的材料為美標(biāo)WCB鋼，相當(dāng)于國內(nèi)ZG230－450鋼，焊接性能良好，用普通的J422，J423或J427焊條進行焊接，采用多次焊接、多次敲擊工藝，焊好后用平尺、角磨機、銼刀修理平整。當(dāng)空扣間隙變形量超過0.5 mm時，應(yīng)將上、下半泵殼進行機械加工，修平中分面，并適當(dāng)增厚中分面處的高壓石棉墊片，具體增厚數(shù)值應(yīng)在空扣前進行測量。

(3)低負荷時軸竄大主要是由于低負荷時給水流量較小，葉輪轉(zhuǎn)速為定速，流體在葉輪中流速大大低于設(shè)計值，造成旋轉(zhuǎn)失速、流動顫抖和壓力脈沖。低流量時產(chǎn)生較大的徑向力，使轉(zhuǎn)子撓度增大，由于葉輪對稱布置，使軸向力方向很容易隨著流體的紊流狀態(tài)發(fā)生改變，從而使轉(zhuǎn)子前、后竄動。針對此問題，將自由端的7317推力球軸承背靠背(外圈厚邊靠厚邊)安裝，將軸頭鎖母打緊后，軸承的軸向安裝游隙基本上在0.03 mm以內(nèi)，將軸承外圈膨脹間隙調(diào)整至0.05 mm左右，這樣即使轉(zhuǎn)子軸向力方向來回變化，軸承仍可以起到很好的軸向定位作用。如果再輔以加大冷卻水量的措施，控制油池油溫，可使軸承的工作游隙在溫度變化時基本保持不變，有效解決轉(zhuǎn)子竄動問題。

(4)驅(qū)動端NU317滾子軸承僅出現(xiàn)2次故障，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，一次是自動補油杯至軸承油室的4mm進油孔堵塞，造成巡檢人員雖然看到的油杯油質(zhì)清亮，但實際軸承內(nèi)部由于機封套泄漏的汽水累積到軸承室中，將油逼出油檔流入漏斗，水汽蒸發(fā)后造成軸承燒毀;另一次是大修后2個月，軸承保持架發(fā)生崩開斷裂，如圖3所示，原因為保持架質(zhì)量存在缺陷，造成保持架在運行中崩開。

圖2　驅(qū)動端軸承支撐結(jié)構(gòu)

圖3　驅(qū)動端保持架斷裂

(5)自由端7317軸承故障是該型泵最主要、影響最大的缺陷。運行中軸承多次出現(xiàn)保持架斷裂、軸承套與軸徑滾鍵及磨損現(xiàn)象，如圖4所示，油質(zhì)頻繁發(fā)黑，油檔溢油，軸承竄動大，滾珠磨損燒蝕，夏季軸承溫度高需外接軸流風(fēng)機降溫。自由端軸承裝配結(jié)構(gòu)如圖5所示，軸承內(nèi)圈套在緊定軸套上，配合間隙為－0.018～0.012 mm，緊定軸套再套于軸上，配合間隙為0～0.05 mm，緊定軸套與軸采用鍵連接傳遞扭矩，運行時潤滑油隨油環(huán)被帶到緊定軸套上，軸套再將油液甩到叉形軸承外圈壓蓋內(nèi)壁上，匯集后流到軸承滾道內(nèi)，依次流過2盤軸承后經(jīng)回油孔回到油池中。一種常見故障為推力球軸承面對面安裝(外圈窄邊靠窄邊)，軸承壓蓋的膨脹間隙要求非常高，且容易測不準(zhǔn)，導(dǎo)致2盤軸承易散開而形成較大的軸向游隙，軸向每次竄動均會對保持架造成沖擊和磨損，導(dǎo)致銅粉進入油液中，隨著油液循環(huán)，銅粉在回油孔中沉積，使回油孔變小，油液回流受阻后從油檔溢流。根據(jù)處理經(jīng)驗，多次在線換油稀釋銅粉，可逐漸使回油孔再次疏通，但根本解決方法還是要在檢修中使軸承背靠背(外圈厚邊靠厚邊)安裝，這種方式對外圈壓蓋的膨脹間隙不敏感，可以有效降低軸竄，保護保持架。自由端軸承另一常見故障是經(jīng)過多次檢修拆拔，緊定軸套與軸的間隙變大。根據(jù)經(jīng)驗，當(dāng)間隙達到0.1 mm時容易發(fā)生滾鍵，如圖6所示，配合間隙達到0.4 mm時容易發(fā)生保持架斷裂及軸向調(diào)整環(huán)端面磨損，引起鎖緊螺母松脫。滾鍵磨出的鐵粉引起油液發(fā)黑，當(dāng)放出的黑油中銅粉較少時，就會出現(xiàn)滾鍵，且伴隨高頻撞擊聲。此種情況下應(yīng)先測量軸徑與緊定軸套內(nèi)徑，若軸徑磨損較小可做打樣沖眼處理，更換新緊定軸套。當(dāng)把鍵滾完后，撞擊聲消失，但軸向竄動明顯變大，應(yīng)立即停泵檢修，此時軸的磨損應(yīng)該在0.2 mm以上，應(yīng)更換新軸處理;若臨時進行處理，可用氬弧焊接一些非對稱布置的2mm左右的高點，用外徑千分尺與銼刀調(diào)整點的高度，將軸承與緊定軸套加熱至120℃后套入，或重新加工較小內(nèi)徑的緊定軸套做臨時處理。綜上所述，只要緊定軸套與軸的配合間隙合格，軸承背靠背安裝，膨脹間隙取0.05 mm，調(diào)整環(huán)與鍵、鍵槽無磨損，回油孔及補油孔通暢，就可確保軸承長周期無故障運行。在軸承安裝正常、無軸竄、油質(zhì)清亮的情況下，軸承溫度較高時應(yīng)考慮冷卻水量不足，可臨時架軸流風(fēng)機或壓縮空氣進行降溫。

圖4　自由端軸承保持架斷裂

圖5　自由端軸承支撐結(jié)構(gòu)

圖6　自由端軸徑滾鍵

(6)機封冷卻套泄漏如圖7所示，機封冷卻套與上、下泵殼兩端端面相連，僅有1道180 mm×3.7 mm的O型圈用于結(jié)合面密封，機封安裝在機封套上，泄漏原因包括以下幾點。

圖7　機封冷卻套泄漏

1)多次檢修后，上、下泵蓋結(jié)合時的定位銷孔存在磨損，導(dǎo)致在軸封處的泵殼結(jié)合面錯位，端面平面度出現(xiàn)誤差。

2)上、下泵殼在軸封端面處的結(jié)合線出現(xiàn)倒角，不如出廠時鋒利，如同在平面上刻出一條細槽，且中間還夾有1 mm厚的石棉墊。

3)密封的防線只有1處O型圈，且布置在軸封端面圓的根部，此處是中分面軸向縫隙與端面縫隙的垂直交叉點，該處的石棉板非常容易被水浸泡沖損，O型圈壓在此處很難彌補泵殼倒角以及石棉板沖損造成的泄漏。

4)在上述3個不利因素的影響下，運行時泵殼溫度高，機封冷卻套溫度低，兩者結(jié)合面由于膨脹不一致發(fā)生相對滑動，造成緊力減小，使密封效果減弱。

針對上述分析，密封端面尺寸較寬的機封冷卻套可重新開1個環(huán)槽，加裝第2圈密封線，但由于SQ 300－670型汽前泵O型圈外就是螺栓孔，故沒有位置可以加裝，所以在檢修中使用了加粗的180 mm×4 mm型O型圈。由于泄漏部位為中分面處寬1 mm的縫隙與O型圈交匯處，重點處理此處，將此處補焊并修出鋒利的直角，制作石棉板墊子時，此處預(yù)留出0.5 mm的過盈量，并剖開2層墊子向上、下翻開，在泵蓋結(jié)合面定位銷打入后，對稱緊固4個螺栓，觀察預(yù)留的墊子無變化時推入機封套擰緊螺栓。除了按上述方案進行檢修外，還可在機封冷卻套的2個頂絲孔上安裝注膠接頭，運行中若發(fā)生泄漏，用手壓泵連接注膠接頭，將堵漏膠通過頂絲孔注入中分面縫隙中，然后將注膠接頭上的閥門關(guān)閉。這種方法已有成功的應(yīng)用案例，但實施中需要在機封冷卻套端面上開1個小槽，用以連通頂絲孔與水平中分面的縫隙，頂絲孔一般水平布置，與中分面縫隙非常接近。

4　結(jié)束語

經(jīng)過多年對前置泵的檢修，掌握了該型泵常見的缺陷以及處理工藝，保證了前置泵安全運行，降低了維護費用與備件消耗。值得一提的是，汽前泵更換軸承時，由于停運小機盤車一般需20 h，前置泵放水需要5 h，電泵僅能帶30％額定負荷，故為爭取時間，前置泵入口門一般不關(guān)閉(保證汽泵隨小機250 r/min盤車)，僅電動機切電以及關(guān)閉軸承冷卻水，泵殼內(nèi)的高壓高溫?zé)崴匀皇且粋€極其危險的隱患，應(yīng)鎖好機封鎖片用于軸向固定，制作專用馬鞍將更換軸承的一側(cè)軸提起，防止在敲打過程中不使用馬鞍而使機封靜環(huán)破裂。

參考文獻:

［1］程志強.SQ300－670型汽泵前置泵缺陷原因分析及治理［J］.中小企業(yè)管理與科技，2013(3) : 306－307，308.

(本文責(zé)編:弋洋)

穆肖靜(1973—)，男，陜西城固人，工程師，從事發(fā)電廠汽輪機專業(yè)設(shè)備檢修方面的工作(E-mail: muxiaojing168@ 163.com)。

作者簡介:

收稿日期:2015－10－13;修回日期:2015－12－17

中圖分類號:TM 621

文獻標(biāo)志碼:B

文章編號:1674－1951(2016)01－0036－03