辅机循环水泵频繁断轴原因分析及解决措施

2018-12-03姬鸿波沈爱军

山西电力 2018年5期

姬鸿波，沈爱军

（山西临汾热电有限公司，山西临汾 041000）

0 引言

某电厂 (以下称公司)建设有2×300 MW亚临界直接空冷供热机组，配备3台辅机循环水泵为2台机组提供开式冷却水，运行方式为两用一备，是由上海连成泵业生产的型号为SLOW500-650水平中开离心式水泵。3号辅机循环水泵为节能改造于2015年09月改为永磁联轴器，具体设备参数见表1、表2所示。

表1 3号辅机循环水泵参数SLOW500-650

表2 辅机循环水泵主要零部件材质表

1 设备运行工况及现象说明

2015年以前，公司辅机循环水泵单台出力一般在1800 m3/h左右。从2015年起，为节能降耗，发电部进行运行优化。根据机组运行实际需求，对开式循环水进行了人为控制，单台水泵流量冬季一般控制在1100 m3/h左右，夏季控制在1600 m3/h左右，以提高循环水浓缩倍率，节约循环水补水。冬季单台水泵能够满足2台机组运行开式冷却水需求。3号辅机循环水泵因改为永磁联轴器，属节能项目，运行周期较长。2015年后，3台辅机循环水泵运行期间先后发生断轴现象5次，断轴位置均为自由段泵轴与叶轮结合处。1号辅机循环水泵于05月27日，发生1次断轴，据断轴实物加工40Cr合金钢未调质处理的新轴；2号辅机循环水泵于05月30日又发生断轴，据断轴实物加工40Cr合金钢调质处理的新轴；3号辅机循环水泵于11月2日发生断轴，据断轴实物加工40Cr钢材并调质处理的新轴，11月13日，3号辅机循环泵更换新轴启动运行，运行至2016年3月16日，泵轴再次断裂。后将泵轴材质升级为1Cr13，并加工新轴，于2016年5月26日装配1Cr13新轴后恢复运行，运行至2016年9月24日，泵轴又一次断裂（见表3，图1、图2）。

表3 2015年—2016年度3台辅机循环水泵断轴统计表

图1 断轴与叶轮结合孔处存在锈蚀

图2 泵轴的断裂面

2 原因分析

2.1 加工和装配精度误差及叶轮与泵轴内部腐蚀

泵轴和叶轮之间采用键传动，平键的两个侧面应该与泵轴上键槽的侧面实现少量的过盈配合，而与叶轮孔键槽两侧为过渡配合。如果平键的宽度与轴上键槽的宽度之间存在间隙，无论其间隙值大小，都可以认定平键已经失去了使用价值；叶轮与泵轴配合间隙也应在0.05 mm以内，且间隙分布均匀。在2016年的检修中发现，泵轴与叶轮配合间隙较大，且分布不均匀，最大间隙达到0.25 mm；泵轴键槽也有损坏现象，同时发现断轴与叶轮结合孔处存在腐蚀现象。以上情况说明叶轮、泵轴、键槽与键配合间隙存在缺陷，叶轮与泵轴密封不严，液体进入内部产生腐蚀，这些问题都为泵轴断裂埋下隐患。

2.2 泵轴受较大径向力导致泵轴产生断裂

水泵在运行过程中受到轴向力和径向力的影响。但水泵叶轮采用的是对称布置的双吸叶轮，很好地平衡了轴向推力。因此，实际运行时泵轴轴向推力应该很小；由水泵叶轮产生的垂直于泵轴心线方向的力称做径向力。辅机循环水泵是具有蜗形压水室的泵，采用蜗形压出室的泵在设计工况时，蜗室各断面中的压力基本上是均匀的[1]。当水泵流量小于设计工况流量时，蜗室中的液体流速减慢，而叶轮流出液体的绝对速度大于最优工况时的绝对速度，此时也大于蜗室中的速度，从叶轮中流出的液体不断撞击着蜗室中的液体，使蜗食中的液体接受能量，蜗室中的液体压力便自隔舌开始向扩散管进口不断增加。当水泵流量大于设计工况流量时，与上述情况相反，从叶轮中流出的液体的绝对速度小于最优工况时的绝对速度，也小于蜗室中的液体流速，2种液体蜗室中撞击的结果，是蜗室中的液体要不断传出能量，以增加从叶轮中流出的液体的速度。这样，蜗室中的液体压力自隔舌至扩散管进口是逐渐降低的，蜗室各断面中的压力不相等，液体作用于叶轮出口处的圆周面上的压力也各不相等，于是在叶轮上就产生1个径向力。由于压水室的压力不是轴对称，液体流出叶轮的速度也是不对称的，压力越大的地方流速就越小，压力小的地方流速就大，方向与叶轮出口绝对速度相反，近似圆周相切，故动反力引起的径向力的方向大致为压力引起的径向力反旋转方向旋转90°[2]。在小流量时大约与出口同向指向隔舌侧方向，大流量时指向隔舌侧相反的方向。动反力引起的径向力与压力引起的径向力合成而得到总的径向力，且偏离越多，径向力越大。经过计算，当水泵的实际运行流量偏离设计流量50%时，水泵受到的径向力将是其设计工况点的2.5倍。因此，如果水泵长时间在远离设计流量点的工况下运行，将会导致泵轴受力恶化，从而引起断轴。