辅助给水电动泵设计、安装、运行技术研究与探讨

温青云

【摘 要】某核电站2台辅助给水电动泵（以下简称电辅泵）从安装调试阶段以来，频繁发生故障，主要表现有筒体锈蚀严重、泵轴无法盘车、轴承温度偏高以及振动超标等。通过长达6个月的分析处理，目前2台电辅泵运行情况基本正常。本文主要结合电辅泵缺陷处理的经验反馈，对电辅泵结构设计进行全面的研究与探讨，为电辅泵今后的运行与维护提供技术支持，同时也为同类型卧式多级离心泵故障处理提供参考意见。

【关键词】多级离心泵；锈蚀；无法盘车；温度偏高；振动超标；结构设计

0 概述

电辅泵为卧式双壳体9级离心泵，内壳体为整体抽芯式结构。泵采用水平中心支承，泵的进出口垂直向上布置，泵脚和进出口法兰通过螺栓与泵体连接。泵轴承为滚子轴承，采用稀油自润滑，轴承冷却方式为空冷。泵的轴封采用集装式机械密封，冷却方案采用API682标准的Plan01方案。泵90%～95%轴向力由平衡鼓承受，残余轴向力则由设置在泵自由端的一对圆锥滚子轴承平衡。

1 缺陷处理经验汇总

1.1 筒体、泵盖锈蚀严重

电辅泵首次全面解体时，发现筒体内有大量的锈水，筒体和泵盖表面氧化皮已因锈蚀而全面剥落[1]。经翻查电辅泵运行维护手册[2]和RCC-M材料采购规范[3]，发现电辅泵筒体、泵盖为16MnHD碳钢材质，而泵轴、叶轮、导叶、平衡鼓等零部件均为奥氏体不锈钢材质。

安装调试期间，对管道冲洗为淡水，水质中含有大量溶解氧和腐蚀性离子，奥氏体不锈钢由于自身钝化膜不容易被腐蚀，但碳钢材质会与水中氧化剂反应，生成氧化铁产物，就是俗称的铁锈，而且ASG系统管道中残余的锈水会随灌泵进入筒体内。

由于调试进度限制，不具备更换筒体和泵盖材质的条件，只能对锈蚀表面进行打磨，同时投用正式除盐水进行保养。由于水质中的氧化剂含量降低，能有效的降低碳钢发生化学腐蚀，筒体和泵盖锈蚀问题能得到暂时缓解。

1.2 泵轴无法盘车

电辅泵其中一种工况为泵投入使用，但不影响蒸汽发生器水位，介质走小流量旁路管线回ASG水箱，即主流量0m3/h+最小流量旁路7m3/h。但每次在此工况下进行试车，停泵后，泵轴卡死无法盘动。对电辅泵解体检查，发现几乎每级叶轮的背口环和面口环均有不同程度的半圈高速磨痕，平衡鼓同样存在明显的拉痕。

对电辅泵口环间隙和中分情况进行检查，测量的数据值均在其合格范围内。但是发现现场的运行工况为主流量0m3/h+最小流量旁路7m3/h，而厂内性能试验时并未在此工况下长久运行，同时厂家要求最小流量值为21m3/h。

由于泵运行流量过低会导致泵的过流部件脱流损失、冲击损失、涡旋损失进一步加大，伴随大量的水力噪声和机械振动，并对零部件形成疲劳磨损。同时最主要的是该工况远远偏离设计工况点，涡室内液体流动速度减少，根据速度三角形分析可知，叶轮内液体流出速度反而增加，液体不能汇合，形成冲击，压力不断增加，产生径向力。这也许就是造成叶轮口环和平衡鼓磨损的根源。

针对以上情况，已经对泵出口进行技改，增加机械式小流量阀，保证介质走小流量旁路管线自循环工况下，总流量满足24m3/h的要求。

1.3 推力轴承温度偏高

电辅泵推力轴承为一对角接触球轴承，型号为31314J2/QCL7CDF。厂家技术文件指出轴承报警温度为90℃，停机温度95℃。现场运行时推力轴承温度高达88℃。虽然温度稳定在限制范围内，但数值已经接近报警值，而且明显比其他多级离心泵轴承正常运行温度高出20℃。轴承温度偏高不仅会降低轴承的使用寿命，同时还会加速润滑油变质，对设备的安全运行造成巨大的威胁。

通过对比不同工况，额定流量比小流量工况轴承温度稍有减小，但相差不大，从侧面说明轴向推力不是导致温度偏高的原因。同时，在对电辅泵解体检查时，特意对轴承的磨损情况、装配尺寸、轴向和径向游隙进行检查，也均没有任何问题。最后，通过对比其他多级离心泵，发现轴承冷却方式存在较大差异。

电辅泵推力轴承采用稀油润滑和冷却，通过甩油环搅动，润滑油自身为空冷，仅依靠润滑油表面与空气进行热交换，无任何其他辅助措施。其它多级离心泵采用空冷设计时，都相应加装空气强制循环装置，例如泵轴尾部增加风扇，加强滑油与空气换热效果。

为了验证是否是轴承冷却方式不当，引起轴承温度偏高。在运行期间，通过一台大功率轴流风机对轴承进行冷却，其温度立即下降，并维持在68℃左右，效果明显。

1.4 振动超标

电辅泵驱动端振动值非驱动端振动值5.8mm/s，超出标准要求4.5mm/s范围。通过频谱分析仪进行测量，非驱动端是整整100HZ占主导，即电网二倍频偏高。

电网二倍频偏高，根据相关学习资料[4]和经验，一般都是与电机侧有关。通过停泵后，观察到振动值并没有立即消失，证明与电机电磁无关，则振动很有可能与电机基础有关。为了验证电机基础是否存在问题，在运行时，逐个松电机与基础板的连接螺栓（松完一颗验证完后立即拧紧，验证下一个），发现电机右侧斜对的两颗螺栓在松完后，振动立即降至合格范围内，说明电机虚脚是造成非驱动轴承振动超标的根源。通过在电机虚脚螺栓下垫不锈钢皮，消除虚脚，再次进行试车，振动值为2.2mm/s，数据合格。

2 总结

通过经验汇总，我们可以看出国产的多级离心泵在结构设计方面仍有很多的不足，例如厂家在材质选型上考虑不周密，也许所选的材质能满足机械强度和硬度的要求，但是其防腐能力肯定较差，长期腐蚀最终也会导致机械性能的散失。同样还有轴承温度问题，厂家设计时明明可以考虑更好的冷却方式，但最终却选择比较原始的散热方式。

当然，通过部分缺陷的产生，也与现场的安装，以及对离心泵运行工况不熟悉而造成。希望通过此论文对类似的多级离心泵碰到相同情况时，能起到良好的借鉴意义。

【参考文献】

[1]ISO 8501-1：2007“涂装油漆和有关产品前钢材预处理——表面清洁度的目视评定”.

[2]上海阿波罗机械股份有限公司.辅助给水电动泵RCC-M材料采购规范[S].2011-08-05，D版.

[3]上海阿波罗机械股份有限公司.辅助给水电动泵设备安装运行维护手册[S].2013-07-21，A版.

[4]陈宇东.结构振动分析[M].吉林大学出版社，2008.

[责任编辑：田吉捷]