國產(chǎn)600MW機組循環(huán)水泵改造分析

楊群發(fā)，李智強

（1.廣東珠海金灣發(fā)電公司，廣東 珠海 519050；2.河北邯峰發(fā)電有限責任公司，河北 邯鄲 056200）

循環(huán)水泵是發(fā)電廠中流量最大的水泵，其主要作用是向汽輪機凝汽器供給冷卻水，用以冷卻汽輪機排汽。一旦出現(xiàn)循環(huán)水中斷，將使機組被迫停運。某公司2臺超臨界600 MW 機組，每臺機組配置2 臺循環(huán)水泵，設備為某廠生產(chǎn)的88LKXA－17型立式斜流泵，循環(huán)水系統(tǒng)采用單元制運行。循環(huán)水泵采用小內(nèi)接管加中間軸承支架形式結構，主軸為316不銹鋼外加保護套管，全長約12m，由3根主軸通過聯(lián)軸器相連，4個導向軸承，其中一個為中間支架軸承，軸承潤滑和冷卻采用海水自潤滑方式。

1 存在的問題

由于該泵內(nèi)接管采用自由伸縮連接和中間軸承支架結構，造成振動較大，進而引發(fā)諸多問題：出現(xiàn)過2次泵體損壞、主軸彎曲事故，檢修間隔周期非常短，每次解體檢修中間軸承支架均出現(xiàn)裂紋甚至斷裂、導軸承嚴重磨損、主軸腐蝕等現(xiàn)象［1－2］。

2 原因分析

2.1 泵轉(zhuǎn)軸設計剛度不足

內(nèi)接管采用自由伸縮連接和開放式中間軸承支架［3］，該設計主要有3方面的不足。

a.內(nèi)接管為φ377mm×10mm 不銹鋼管，設計功能主要是作為保護水泵主軸的套管，忽略了作為輔助功能的中間軸承支架作用，而作為中間軸承支架明顯偏小和單薄，支撐強度不足。

b.由于中間軸承支架外圈與泵筒體設計為有0.3～0.40 mm 間隙的松裝結構，泵軸每轉(zhuǎn)一圈就對兩結合面一個敲擊作用力，極易造成中間軸承支架出現(xiàn)裂紋和損壞。另外中間軸承支架外圈與泵筒體材質(zhì)差異，加上海水的長期腐蝕作用，泵筒體與中間軸承支架的間隙越來越大，中間軸承支架擺動也越來越大，最終導致導軸承磨損增大，隨著軸承磨損增大，引起泵運行振動逐漸上升，進而影響泵運行的可靠性。

c.原內(nèi)接管與泵體支撐板處填料函體連接方式為自由伸縮結構，最大可達45 mm。這樣能夠降低了泵轉(zhuǎn)軸的剛度和抗干擾能力，特別是在循環(huán)水泵啟停和海水潮位變化時，因受泵的導流體上浮推力而引起泵較大的振動變化。

2.2 泵主軸腐蝕嚴重

主軸表面主要受到點蝕嚴重，主軸原設計采用SU316材料，后又采用更換材料（改用SU316L材料）以及在內(nèi)接管上開孔增大外加陰極電流等辦法，均未能解決此問題。主要原因是目前國內(nèi)在大件金屬材料制造中存在缺陷，雜質(zhì)和溶質(zhì)不均一，材料的抗點蝕性能因數(shù)和抗間隙腐蝕性能因數(shù)普遍偏低，達不到耐腐蝕性能指標要求［4］。

2.3 導軸承磨損

大型立式泵的導軸承起著承受轉(zhuǎn)軸的徑向分力和穩(wěn)定泵轉(zhuǎn)動部件的作用，如果導軸承磨損過大，則會造成轉(zhuǎn)軸和葉輪擺動增大，引發(fā)泵的振動加劇或葉片碰磨，甚至發(fā)生循環(huán)水泵的損壞事故。循環(huán)水泵的導軸承運行環(huán)境差，長期在海水中發(fā)生磨損，一方面是上述分析的中間軸承支架擺動大造成摩擦加劇造成的，另一方面是導軸承本身自潤滑水為海水，由于雜質(zhì)較多，泥沙、海生物等進入軸承間隙，經(jīng)軸頸的擠壓嵌入軸承，磨損軸套，被磨毛糙的軸頸反過來加速軸承的磨損，惡性循環(huán)，軸承磨損加劇又增加泵的振動，可靠性降低［5］。

2.4 導流抗沖擊能力弱

導流吐出彎管裂紋多，吐出彎管為鎳鉻鑄鐵材料，其主要作用是把泵抽吸上來的海水改變90°角后排出泵體外，其受到的海水沖擊較大，遭受的流動海水腐蝕相當嚴重。此處為循環(huán)水泵最為惡劣工況位置之一，原為鑄鐵件，壁厚又較為單薄，所以經(jīng)常出現(xiàn)裂紋，而鑄鐵又難以修補［6－7］。

2.5 循環(huán)水泵主軸聯(lián)軸器設計不合理

循環(huán)水泵檢修間隔周期為一年，因為循環(huán)水泵主軸聯(lián)軸器設計不合理，拆卸困難，所以循環(huán)水泵每次檢修時間較長。原泵的套筒聯(lián)軸器結構為軸與軸之間通過連接卡環(huán)連接，在檢修拆卸時，松掉卸下止推卡環(huán)后，需將套筒聯(lián)軸器沿上軸移動一段距離，使連接卡環(huán)完全退出套筒聯(lián)軸器后，取下連接卡環(huán)后上下兩軸才能脫開。因套筒聯(lián)軸器與主軸之間間隙較小，并且時常有海水中的雜質(zhì)卡在其中，因此沿上軸移動拆卸過程異常耗時和困難，要動用火焰加熱烘燒方式來拆卸或破壞性拆卸，極易拉毛損傷套筒聯(lián)軸器及主軸，也容易造成主軸彎曲和脫落。

3 改造方案

a.對于泵轉(zhuǎn)軸設計剛度不足問題，主要改造三方面的設計和結構：將內(nèi)接管由原φ377mm×10mm 改為φ660 mm×16 mm，材料由原316L改為雙相不銹鋼，提高內(nèi)接管剛度；內(nèi)接管與泵體填料函體連接方式由原來自由伸縮連接改為有限制自由連接，使內(nèi)接管密封段與泵蓋板之間的摩擦力加大，克服原來啟停泵和海水潮位變化時易造成導流體上浮而引起振動增大的問題；取消原來中間軸承支架，在新內(nèi)接管與原中間軸承支架相同位置上改為導軸承，并固定在內(nèi)接管上，提高導軸承的徑向支撐剛度。

b.主軸設計材料選用00Cr22Ni5Mo3N雙相不銹鋼［4］。雙相不銹鋼兼有奧氏體韌性、焊接性，又有鐵素體的高強度、耐氯化物腐蝕性能。循環(huán)水泵主軸按不銹鋼材料耐腐蝕性能要求，主要是抗點蝕性能因數(shù)和抗間隙腐蝕性能因數(shù)2個指標，結合綜合力學性能要求，采用00Cr22Ni5Mo3N雙相不銹鋼。

c.改變中間軸承支架結構，減少循環(huán)水泵主軸大幅度擺動。改變導軸承冷卻潤滑方式［6－7］，從機組服務水系統(tǒng)接出一路淡水向循環(huán)水泵內(nèi)接管中提供所有導軸承的冷卻潤滑水，這樣泵的主軸和導軸承處在淡水的環(huán)境中，減少介質(zhì)的腐蝕和雜質(zhì)的磨損。為了保證內(nèi)接管內(nèi)充滿水和節(jié)約用水，在下導軸承位置增加節(jié)流裝置［8］。另外，為確保冷卻潤滑水供應可靠可在消防水系統(tǒng)中接出一路水源作為備用。

d.原導流吐出彎管為鎳鉻鑄鐵材料，改造時將其改成焊接結構，采用雙相不銹鋼材料提高其抗腐蝕性能，結構上在導流片接管和導流片上布置剛性較大的加強筋，增強其強度和剛度，使其在上抽的海水沖擊下穩(wěn)定地導流，維護循環(huán)水泵整體的運行穩(wěn)定。

e.取消原泵套筒聯(lián)軸器軸與軸之間的連接卡環(huán)，在拆卸時只要松開套筒聯(lián)軸器兩端的止推卡環(huán)，即可拆出套筒聯(lián)軸器，方便了安裝和檢修時的拆卸。同時，因為取消了上、下主軸之間的連接卡環(huán)，使得上、下主軸與套筒聯(lián)軸器之間的有效接觸長度和面積增大，更加加固穩(wěn)定了整個軸系之間的連接剛度，有利于主軸在運行過程中的穩(wěn)定性。

4 改造效果

按照上述方案對循環(huán)水泵進行改造，改造后的循環(huán)水泵于2012年9月投運，至今已連續(xù)運行2年多，以循環(huán)水泵組最大振動的位置，即電機頂部振動來觀察和分析，循環(huán)水泵組振動和電流非常穩(wěn)定。2014年10月對循環(huán)水泵進行解體檢查，從泵軸、軸承、軸套等零件完好無損，實現(xiàn)了首次循環(huán)水泵解體不用更換備件的紀錄。

5 結束語

通過對88LKXA－17型立式斜流泵進行改造，較好地解決了因為結構缺陷和材料選用不當造成設備的異常停運和檢修，徹底地消除了原來可靠性差的隱患，延長了檢修周期，提高設備的可靠性和安全性。為提高機組循環(huán)冷卻水供應的可靠性和節(jié)能降耗要求，對2臺機組共4臺循環(huán)水泵由原來的單元制運行方式改造為母管制方式運行，根據(jù)海水的溫度可選擇2臺、3臺或4臺循環(huán)水泵向2臺機組供應循環(huán)冷卻水，不僅提高了機組的可靠性和安全性，還能大大地降低廠用電。

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