沿海斜流式循环水泵叶轮开裂原因分析及处理措施

余铸忠

（浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江宁波315722）

近年来，我国沿海各大容量、高参数火力发电机组持续投产，极大支撑和保证了沿海地域的经济发展；同时，由于安装质量、部件材质和结构设计等原因产生的循环水泵叶轮开裂等缺陷，造成机组限负荷甚至非正常停机的现象也在逐年增多，很大程度上决定着机组运行的可靠性，甚至影响着电网供电的稳定性。

沿海电厂循环水泵目前较为常见的是采用典型的88LKXB-19型立式单级单吸导叶式、内体可抽出式斜流泵，冬季一用一备，夏季同时开启，提供充足循环水量，保证机组的安全可靠和经济稳定运行。笔者通过该类型循环水泵运行状况和解体现象的论证分析，归纳叶轮开裂的主要原因，总结消除叶轮开裂的具体措施。

1 设备概况

循环水泵的作用是向凝汽器、闭式循环冷却水热交换器和水环机械真空泵冷却器供给冷却水，其工作特点是冷却水量大、压力低，故要求循环水泵具有大流量、低扬程的特性，属高比转速泵［1］。88LKXB-19型立式单级单吸导叶式、内体可抽出式斜流泵（见图1）有以下特点：（1）体积小、质量轻，水泵占地面积小，启动前无需灌水；（2）效率高，泵效率可达到83%～90%；（3）水泵为单支座布置，水泵与电机直连，安装在同一基础上，泵体安装在湿式泵坑内；（4）水泵转动部件为可抽芯式，且具有互换性，在维护或更换转动部件时无需拆卸水泵外壳；（5）汽蚀性能好，安全可靠，使用寿命长。鉴于以上特点，当前沿海较多电厂选用该类型循环水泵。

图1 88LKXB-19型立式单级单吸导叶式、内体可抽出式斜流泵简图

某电厂机组投产后，陆续有循环水泵表现出振动大、泵内有异常噪声等问题，先后对现象异常的循环水泵进行解体检查，发现泵的叶轮出现不同程度开裂，同时伴有轴承支架全部损坏、内接管断裂、泵轴不同程度弯曲、轴套偏磨等现象，见图2和图3。

图2 轴套偏磨严重

图3 叶轮叶片开裂

2 循环水泵劣化原因分析

结合解体后设备出现缺陷的现象和相关数据，分析叶轮出现裂纹主要有以下原因：

（1）安装设计方面：设备安装质量差，在运行过程中增加了泵振动的不稳定性，从而加快了叶轮的劣化速率。联轴器与轴承配合处的严重偏磨，最大处偏差可达到0.18mm，分析水泵安装时导轴承中心与泵轴中心偏差较大，甚至出现外筒体偏斜，台板浇注不符合规定等问题，造成泵振动大，从而引发叶轮开裂。

（2）部件材质方面：①经查阅技术资料及金属材质光谱分析，该类型循环水泵叶轮材质均为ZG0Cr18Ni12Mo2Ti。此材料为国产合金铸钢件，属于不锈耐酸钢整体铸造成型件。由于铸件晶粒粗大，组织疏松，含气孔、夹杂等缺陷的现象较多，容易由于材质劣化而引起叶轮开裂。②叶轮由于海水长时间腐蚀，局部形成表面龟裂纹，经打磨后无法彻底消除，为叶轮劣化留下隐患。由于海水中可溶性盐垢吸收水后成为了电解质，对叶轮造成电化学腐蚀，当腐蚀发展到一定程度后，形成疲劳裂纹源，最终导致叶轮断裂。③零部件材料不匹配造成导叶体等腐蚀，使得振动增大，加速叶轮开裂，其中吸入喇叭管、叶轮、导叶体、内外接管、轴承支架、内弯板和固定件等，所用材料（见表1）耐腐蚀性能差别很大，形成电位差，引起电化学腐蚀。

表1 88LKXB-19型水泵零部件材质

（3）结构设计方面：①采用滑动联接轴套降低了轴系刚性。泵有4根轴，轴数较多，且两轴之间采用联接轴套进行联接，造成转子刚度不够；同时，为了便于联接轴套的拆卸和安装，联接套筒与泵轴之间采用的是间隙配合，不能保证联接形成刚性轴系，降低了转子的刚性，促发振动加大，引起叶轮开裂。②轴承位置不适当影响了转子刚性。导叶体部位的1个轴承离叶轮较远，扩大了转子的悬臂比，而且轴承的长径比太小，不能有效限制转子运转时产生的巨大的反动力，削弱了轴承支承力的作用；2个中间轴承离轴联接套筒较远，这样2根轴联接处没有得到有效约束，不能有效约束转子的晃动，使得振动加大，引发叶轮开裂。③内壳体结构缺陷造成机组损坏。该泵为抽芯式双壳体结构，中间轴承支架通过大圆环与外筒体内壁进行配合，无法实现精确定位；同时，轴承支架大圆环与轴承中心力臂较大，在自身重力等作用下，使得轴承支架大圆环产生偏斜，导致轴承偏磨，振动加剧。

3 循环水泵劣化处理措施

鉴于对叶轮劣化原因的分析，确定采取以下措施，减缓叶轮开裂的趋势。

3.1 转子部套

（1）泵轴：4根轴颈镀铬层由于发生电化学腐蚀及镀铬层超厚，形成应力集中剥落，采取打磨并重新镀铬。先将其轴颈削车加工直径缩小1.5mm，然后镀铬，控制镀铬层厚度 0.07～0.08mm。

（2）泵联轴器：选配新套筒联轴器，按实际泵轴尺寸适配（H7／h6），材质为双相钢。

（3）轴套：选用新轴套，材质为双相钢；轴套固定螺钉，材质为双相钢；在轴配合的相应部位钻制凹坑，螺钉旋入，螺钉冲全印防松。

（4）叶轮：条件允许下更换为新锻造叶轮，若使用劣化叶轮则对断裂处采用双面补焊；同时对汽蚀及冲刷损坏区挖补后，磨平，焊后做渗透检测（PT）、超声波检测（UT），在200r／min转速下叶轮动平衡要求为100g。

3.2 静子部套

（1）轴承支架与外筒体配合：重新车配，外接管在机床上以配合止口圆周、结合面与配合止口为基准，检查轴承支架配合处跳动，并车圆；轴承支架焊缝做PT检查，外筒体按H8／f9配合间隙；将轴承支架六个支点处挖去1.5～2mm、堆焊并以支架内孔为基准车床加工；轴承支架中心部套两侧端面对轴线跳动≤0.05mm；保持导流体在垂直状态，导流体上部与外筒体配合H8／f9。

（2）内接管A／B／C／D／E：重新车配内接管法兰端面及导轴承与轴线垂直度检查，在专用芯轴上，两端面对轴线跳动≤0.05mm。止口配合按H6／h5，内接管法兰螺栓更换316材质螺栓。

3.3 部套防腐

（1）所有设备需防腐，要求表面去除锈迹见金属光泽，采用厚浆型环氧煤沥青防海生物防腐涂料，防腐层为四层，总体干膜厚度≥400μm。

（2）牺牲阳极：更换牺牲阳极保护块，修理调试阴极保护装置，保证保护装置能随机正常使用。

3.4 技术改造

（1）导轴承：轴承材质优化为赛龙GM2401；基体采用316L材质；螺栓采用316L材质；最下端轴承将直线形冷却水槽改为L形，在底部去除50mm，增加阻水边。

（2）增加轴承冲洗水系统：从填料函处开孔，将内接管原轴承冷却孔用相同材质封堵，增加管道泵、滤网，通入优质轴承冲洗水。

3.5 安装控制

（1）注意安装质量，确保子母口对接，调整轴系中心、外筒体中心、内接管中心的偏差≤0.05mm。

（2）确保填料函，二只轴承支架，下轴承中心在同一直线上后，外筒体法兰及泵盖，1∶50锥销定位，防止相对位置发生变化。

（3）通过增减水平台板垫片，调整外筒体垂直度和台板水平度。

（4）校正测点，及时校验泵组在线测振装置，保证监督数据的代表性和准确性。

4 循环水泵劣化处理结果

结合机组大修进行优化处理，并在处理过程中重点做好技术数据及检修工艺管控，设置关键质量验收点，实现了全过程质量管理。具体改造效果见表2。

表2 改造前后振动对比 mm

该类型水泵经过优化处理后，设备总体投运较为稳定，避免了由于循环水泵退出运行而影响机组负荷的隐患，极大提升了运行可靠性；同时，改造后明显降低了检修成本，据估算，机组每年可减少循环泵检修两次，节省检修费用240余万元，效果显著。

5 结语

通过叶轮开裂原因分析及处理优化的全过程管理，解决了沿海电厂斜流式循环水泵叶轮开裂问题，不但降低人力、物力开支，节约了设备检修成本，而且进一步提高了机组的安全可靠运行。积极开展该类缺陷原因分析和处理措施探讨，对同类机组的生产设计及改造优化具有重要的借鉴和参考价值。

［1］郭立君，何川 .泵与风机［M］.北京：中国电力出版社，2004.