600MW机组汽泵前置泵故障原因及处理

穆肖静

(华能铜川照金电厂，陕西铜川　727100)



600MW机组汽泵前置泵故障原因及处理

穆肖静

(华能铜川照金电厂，陕西铜川727100)

摘要:华能铜川照金电厂前置泵运行多年，出现了泵盖结合面冲刷、低负荷轴窜大、轴承损坏、机械密封冷却套泄漏等缺陷，对原因进行分析总结，并提出多项针对性解决方案及注意事项，有效改善了机组运行情况。

关键词:前置泵;轴承;轴窜;机械密封冷却套

1　前置泵情况概述

华能铜川照金电厂2×600 MW机组为亚临界直接空冷机组，每台机组配置2台50％额定容量的SQ 300－670型汽动给水泵前置泵(以下简称汽前泵)，以及1台30％额定容量的SQ 250－560电动给水泵前置泵，均为水平中开、单级双吸的结构形式。驱动端使用NU317单列滚子轴承，采用油浴润滑，自由端使用2盘7317推力球轴承，采用油环润滑，依靠自由端轴承背靠背安装(外圈厚边靠厚边)来进行转子轴向定位，驱动端轴承轴向无约束，使用双膜片联轴器，轴封配套使用博格曼机械密封(以下简称机封)，外接冷却水供机封冷却套与轴承油池冷却盘管使用，前置泵整体结构如图1所示。汽前泵额定质量流量qm=1079 t/h，扬程h =136 m，额定转速n = 1 480 r/min，额定功率P = 560 kW，电动机型号为YKK450－46000V。

图1　前置泵整体结构

2　长期运行中暴露出的问题

自2007年投产以来，前置泵总体运行趋于稳定，尤其是轴承振动幅度始终处于优良范围内(0.2 mm以内)，即便在轴承损坏与轴窜大的情况下，振动幅度也不会有明显变化。该泵可以在停运后不放水，在锁好机封锁片的情况下，用马鞍将轴提起后即可进行轴承更换工作，极大地减少了退备时间，减少了对机组带负荷的影响，且由于两端轴承托架有定位销，一般轴承更换完毕后无需对联轴器找中心，大修时也无需调整托架位置，检修非常便利。联轴器采用双膜片，对运行中热膨胀引起的联轴器误差也有很好的吸收作用。但经过长时间运行，一些缺陷逐渐显现出来。

(1)出口管道振动。开机启动汽前泵时，出口管道振动幅度非常大，多次将出口管道吊架上的螺母振掉，但在第2次启动时管道基本无振动。

(2)泵盖结合面冲刷。该型泵在大修时，上、下泵盖在密封环附近中分面上出现较为严重的冲刷，冲刷深度超过1 mm，造成水泵出口压力水回流至叶轮入口，引起水泵效率降低。

(3)低负荷时轴窜大。机组在开机过程中，前期给水系统流量较小，转子常发生前、后轴向窜动，引起自由端推力球轴承铜保持架异常磨损，油池中铜粉较多时，常常堵塞回油孔，使润滑油通过油档溢流至漏斗中，直至自动补油杯内的油用尽。

(4)轴承损坏。运行中轴承多次出现保持架断裂，轴承套与轴径滚键、磨损问题，油质频繁发黑，油档溢油，轴承窜动大，滚珠磨损烧蚀。夏季轴承温度高，需外接轴流风机降温。

(5)机封冷却套泄漏。前置泵机封冷却套与泵壳相连的结合面，在大修后运行很短时间便发生泄漏，泄漏的高温汽水引起轴承进水或温度升高，且运行中一般只能进行带压堵漏处理，由于空间受限，堵漏效果不理想。前期检修中分面使用587平面密封胶，曾引起较大泄漏，后一直使用汽缸密封脂，可解决中分面泄漏问题，但仍然不能很好地解决机封冷却套结合面泄漏问题。

3　故障原因分析及改进方案

(1)出口管道振动主要是由于中压给水管道布置存在空气滞留的死角，锅炉未点火时，给水系统的水流路径为除氧器至前置泵，再至汽泵，经过再循环调阀回到除氧器。由于管路中存在空气，造成前置泵启动时，水流加速将空气的空间占据，受到缩小通径(如再循环调阀)的阻滞而发生水击现象，造成了管道支吊架过载和管路焊缝应力超载，严重时甚至会将水泵出口法兰掰裂。鉴于出口管道振动危害性较大，电厂已制作固定框架进行限位，但由于管道振动是硬冲击，框架很快损坏。现拟定加装阻尼器，并强化着力点的根部结构，可以有效降低起泵时管道的摆动幅度，同时对吊架所有的螺帽进行检查并点焊死。

(2)泵盖中分面泄漏问题。大修时在不放转子的情况下，空扣上半泵壳，测量中分面间隙，发现泵壳中分面四周严密，中间拱起，主要是由于前置泵注水时除氧器的水温已经较高，热水直接通过前置泵入口门到达前置泵，前置泵受到热冲击，内壁温度高于外壁温度，导致内壁金属膨胀受阻产生塑性变形，待外壁温度上升后发生中间拱起的永久变形趋势，变形原理类似于加热直轴法。另外，前置泵泵壳一直没有加装保温材料，也造成内壁膨胀大于外壁以及铸造残余应力释放等，经过长时间的运行累积，使泵壳发生永久变形。密封环附近没有连接螺栓，此处中分面垫片压紧力不足，发生高压水泄漏后很快冲掉石棉垫片，出现1 mm的间隙，在密封环两侧136 m水柱压差下，泵壳中分面金属被冲刷出沟槽。泵壳采用冷焊工艺，泵壳的材料为美标WCB钢，相当于国内ZG230－450钢，焊接性能良好，用普通的J422，J423或J427焊条进行焊接，采用多次焊接、多次敲击工艺，焊好后用平尺、角磨机、锉刀修理平整。当空扣间隙变形量超过0.5 mm时，应将上、下半泵壳进行机械加工，修平中分面，并适当增厚中分面处的高压石棉垫片，具体增厚数值应在空扣前进行测量。

(3)低负荷时轴窜大主要是由于低负荷时给水流量较小，叶轮转速为定速，流体在叶轮中流速大大低于设计值，造成旋转失速、流动颤抖和压力脉冲。低流量时产生较大的径向力，使转子挠度增大，由于叶轮对称布置，使轴向力方向很容易随着流体的紊流状态发生改变，从而使转子前、后窜动。针对此问题，将自由端的7317推力球轴承背靠背(外圈厚边靠厚边)安装，将轴头锁母打紧后，轴承的轴向安装游隙基本上在0.03 mm以内，将轴承外圈膨胀间隙调整至0.05 mm左右，这样即使转子轴向力方向来回变化，轴承仍可以起到很好的轴向定位作用。如果再辅以加大冷却水量的措施，控制油池油温，可使轴承的工作游隙在温度变化时基本保持不变，有效解决转子窜动问题。

(4)驱动端NU317滚子轴承仅出现2次故障，其结构如图2所示，一次是自动补油杯至轴承油室的4mm进油孔堵塞，造成巡检人员虽然看到的油杯油质清亮，但实际轴承内部由于机封套泄漏的汽水累积到轴承室中，将油逼出油档流入漏斗，水汽蒸发后造成轴承烧毁;另一次是大修后2个月，轴承保持架发生崩开断裂，如图3所示，原因为保持架质量存在缺陷，造成保持架在运行中崩开。

图2　驱动端轴承支撑结构

图3　驱动端保持架断裂

(5)自由端7317轴承故障是该型泵最主要、影响最大的缺陷。运行中轴承多次出现保持架断裂、轴承套与轴径滚键及磨损现象，如图4所示，油质频繁发黑，油档溢油，轴承窜动大，滚珠磨损烧蚀，夏季轴承温度高需外接轴流风机降温。自由端轴承装配结构如图5所示，轴承内圈套在紧定轴套上，配合间隙为－0.018～0.012 mm，紧定轴套再套于轴上，配合间隙为0～0.05 mm，紧定轴套与轴采用键连接传递扭矩，运行时润滑油随油环被带到紧定轴套上，轴套再将油液甩到叉形轴承外圈压盖内壁上，汇集后流到轴承滚道内，依次流过2盘轴承后经回油孔回到油池中。一种常见故障为推力球轴承面对面安装(外圈窄边靠窄边)，轴承压盖的膨胀间隙要求非常高，且容易测不准，导致2盘轴承易散开而形成较大的轴向游隙，轴向每次窜动均会对保持架造成冲击和磨损，导致铜粉进入油液中，随着油液循环，铜粉在回油孔中沉积，使回油孔变小，油液回流受阻后从油档溢流。根据处理经验，多次在线换油稀释铜粉，可逐渐使回油孔再次疏通，但根本解决方法还是要在检修中使轴承背靠背(外圈厚边靠厚边)安装，这种方式对外圈压盖的膨胀间隙不敏感，可以有效降低轴窜，保护保持架。自由端轴承另一常见故障是经过多次检修拆拔，紧定轴套与轴的间隙变大。根据经验，当间隙达到0.1 mm时容易发生滚键，如图6所示，配合间隙达到0.4 mm时容易发生保持架断裂及轴向调整环端面磨损，引起锁紧螺母松脱。滚键磨出的铁粉引起油液发黑，当放出的黑油中铜粉较少时，就会出现滚键，且伴随高频撞击声。此种情况下应先测量轴径与紧定轴套内径，若轴径磨损较小可做打样冲眼处理，更换新紧定轴套。当把键滚完后，撞击声消失，但轴向窜动明显变大，应立即停泵检修，此时轴的磨损应该在0.2 mm以上，应更换新轴处理;若临时进行处理，可用氩弧焊接一些非对称布置的2mm左右的高点，用外径千分尺与锉刀调整点的高度，将轴承与紧定轴套加热至120℃后套入，或重新加工较小内径的紧定轴套做临时处理。综上所述，只要紧定轴套与轴的配合间隙合格，轴承背靠背安装，膨胀间隙取0.05 mm，调整环与键、键槽无磨损，回油孔及补油孔通畅，就可确保轴承长周期无故障运行。在轴承安装正常、无轴窜、油质清亮的情况下，轴承温度较高时应考虑冷却水量不足，可临时架轴流风机或压缩空气进行降温。

图4　自由端轴承保持架断裂

图5　自由端轴承支撑结构

图6　自由端轴径滚键

(6)机封冷却套泄漏如图7所示，机封冷却套与上、下泵壳两端端面相连，仅有1道180 mm×3.7 mm的O型圈用于结合面密封，机封安装在机封套上，泄漏原因包括以下几点。

图7　机封冷却套泄漏

1)多次检修后，上、下泵盖结合时的定位销孔存在磨损，导致在轴封处的泵壳结合面错位，端面平面度出现误差。

2)上、下泵壳在轴封端面处的结合线出现倒角，不如出厂时锋利，如同在平面上刻出一条细槽，且中间还夹有1 mm厚的石棉垫。

3)密封的防线只有1处O型圈，且布置在轴封端面圆的根部，此处是中分面轴向缝隙与端面缝隙的垂直交叉点，该处的石棉板非常容易被水浸泡冲损，O型圈压在此处很难弥补泵壳倒角以及石棉板冲损造成的泄漏。

4)在上述3个不利因素的影响下，运行时泵壳温度高，机封冷却套温度低，两者结合面由于膨胀不一致发生相对滑动，造成紧力减小，使密封效果减弱。

针对上述分析，密封端面尺寸较宽的机封冷却套可重新开1个环槽，加装第2圈密封线，但由于SQ 300－670型汽前泵O型圈外就是螺栓孔，故没有位置可以加装，所以在检修中使用了加粗的180 mm×4 mm型O型圈。由于泄漏部位为中分面处宽1 mm的缝隙与O型圈交汇处，重点处理此处，将此处补焊并修出锋利的直角，制作石棉板垫子时，此处预留出0.5 mm的过盈量，并剖开2层垫子向上、下翻开，在泵盖结合面定位销打入后，对称紧固4个螺栓，观察预留的垫子无变化时推入机封套拧紧螺栓。除了按上述方案进行检修外，还可在机封冷却套的2个顶丝孔上安装注胶接头，运行中若发生泄漏，用手压泵连接注胶接头，将堵漏胶通过顶丝孔注入中分面缝隙中，然后将注胶接头上的阀门关闭。这种方法已有成功的应用案例，但实施中需要在机封冷却套端面上开1个小槽，用以连通顶丝孔与水平中分面的缝隙，顶丝孔一般水平布置，与中分面缝隙非常接近。

4　结束语

经过多年对前置泵的检修，掌握了该型泵常见的缺陷以及处理工艺，保证了前置泵安全运行，降低了维护费用与备件消耗。值得一提的是，汽前泵更换轴承时，由于停运小机盘车一般需20 h，前置泵放水需要5 h，电泵仅能带30％额定负荷，故为争取时间，前置泵入口门一般不关闭(保证汽泵随小机250 r/min盘车)，仅电动机切电以及关闭轴承冷却水，泵壳内的高压高温热水仍然是一个极其危险的隐患，应锁好机封锁片用于轴向固定，制作专用马鞍将更换轴承的一侧轴提起，防止在敲打过程中不使用马鞍而使机封静环破裂。

参考文献:

［1］程志强.SQ300－670型汽泵前置泵缺陷原因分析及治理［J］.中小企业管理与科技，2013(3) : 306－307，308.

(本文责编:弋洋)

穆肖静(1973—)，男，陕西城固人，工程师，从事发电厂汽轮机专业设备检修方面的工作(E-mail: muxiaojing168@ 163.com)。

作者简介:

收稿日期:2015－10－13;修回日期:2015－12－17

中图分类号:TM 621

文献标志码:B

文章编号:1674－1951(2016)01－0036－03