沿海斜流式循環(huán)水泵葉輪開裂原因分析及處理措施

余鑄忠

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江寧波315722）

近年來，我國沿海各大容量、高參數(shù)火力發(fā)電機(jī)組持續(xù)投產(chǎn)，極大支撐和保證了沿海地域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展；同時，由于安裝質(zhì)量、部件材質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計等原因產(chǎn)生的循環(huán)水泵葉輪開裂等缺陷，造成機(jī)組限負(fù)荷甚至非正常停機(jī)的現(xiàn)象也在逐年增多，很大程度上決定著機(jī)組運(yùn)行的可靠性，甚至影響著電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。

沿海電廠循環(huán)水泵目前較為常見的是采用典型的88LKXB-19型立式單級單吸導(dǎo)葉式、內(nèi)體可抽出式斜流泵，冬季一用一備，夏季同時開啟，提供充足循環(huán)水量，保證機(jī)組的安全可靠和經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。筆者通過該類型循環(huán)水泵運(yùn)行狀況和解體現(xiàn)象的論證分析，歸納葉輪開裂的主要原因，總結(jié)消除葉輪開裂的具體措施。

1 設(shè)備概況

循環(huán)水泵的作用是向凝汽器、閉式循環(huán)冷卻水熱交換器和水環(huán)機(jī)械真空泵冷卻器供給冷卻水，其工作特點(diǎn)是冷卻水量大、壓力低，故要求循環(huán)水泵具有大流量、低揚(yáng)程的特性，屬高比轉(zhuǎn)速泵［1］。88LKXB-19型立式單級單吸導(dǎo)葉式、內(nèi)體可抽出式斜流泵（見圖1）有以下特點(diǎn)：（1）體積小、質(zhì)量輕，水泵占地面積小，啟動前無需灌水；（2）效率高，泵效率可達(dá)到83%～90%；（3）水泵為單支座布置，水泵與電機(jī)直連，安裝在同一基礎(chǔ)上，泵體安裝在濕式泵坑內(nèi)；（4）水泵轉(zhuǎn)動部件為可抽芯式，且具有互換性，在維護(hù)或更換轉(zhuǎn)動部件時無需拆卸水泵外殼；（5）汽蝕性能好，安全可靠，使用壽命長。鑒于以上特點(diǎn)，當(dāng)前沿海較多電廠選用該類型循環(huán)水泵。

圖1 88LKXB-19型立式單級單吸導(dǎo)葉式、內(nèi)體可抽出式斜流泵簡圖

某電廠機(jī)組投產(chǎn)后，陸續(xù)有循環(huán)水泵表現(xiàn)出振動大、泵內(nèi)有異常噪聲等問題，先后對現(xiàn)象異常的循環(huán)水泵進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)泵的葉輪出現(xiàn)不同程度開裂，同時伴有軸承支架全部損壞、內(nèi)接管斷裂、泵軸不同程度彎曲、軸套偏磨等現(xiàn)象，見圖2和圖3。

圖2 軸套偏磨嚴(yán)重

圖3 葉輪葉片開裂

2 循環(huán)水泵劣化原因分析

結(jié)合解體后設(shè)備出現(xiàn)缺陷的現(xiàn)象和相關(guān)數(shù)據(jù)，分析葉輪出現(xiàn)裂紋主要有以下原因：

（1）安裝設(shè)計方面：設(shè)備安裝質(zhì)量差，在運(yùn)行過程中增加了泵振動的不穩(wěn)定性，從而加快了葉輪的劣化速率。聯(lián)軸器與軸承配合處的嚴(yán)重偏磨，最大處偏差可達(dá)到0.18mm，分析水泵安裝時導(dǎo)軸承中心與泵軸中心偏差較大，甚至出現(xiàn)外筒體偏斜，臺板澆注不符合規(guī)定等問題，造成泵振動大，從而引發(fā)葉輪開裂。

（2）部件材質(zhì)方面：①經(jīng)查閱技術(shù)資料及金屬材質(zhì)光譜分析，該類型循環(huán)水泵葉輪材質(zhì)均為ZG0Cr18Ni12Mo2Ti。此材料為國產(chǎn)合金鑄鋼件，屬于不銹耐酸鋼整體鑄造成型件。由于鑄件晶粒粗大，組織疏松，含氣孔、夾雜等缺陷的現(xiàn)象較多，容易由于材質(zhì)劣化而引起葉輪開裂。②葉輪由于海水長時間腐蝕，局部形成表面龜裂紋，經(jīng)打磨后無法徹底消除，為葉輪劣化留下隱患。由于海水中可溶性鹽垢吸收水后成為了電解質(zhì)，對葉輪造成電化學(xué)腐蝕，當(dāng)腐蝕發(fā)展到一定程度后，形成疲勞裂紋源，最終導(dǎo)致葉輪斷裂。③零部件材料不匹配造成導(dǎo)葉體等腐蝕，使得振動增大，加速葉輪開裂，其中吸入喇叭管、葉輪、導(dǎo)葉體、內(nèi)外接管、軸承支架、內(nèi)彎板和固定件等，所用材料（見表1）耐腐蝕性能差別很大，形成電位差，引起電化學(xué)腐蝕。

表1 88LKXB-19型水泵零部件材質(zhì)

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計方面：①采用滑動聯(lián)接軸套降低了軸系剛性。泵有4根軸，軸數(shù)較多，且兩軸之間采用聯(lián)接軸套進(jìn)行聯(lián)接，造成轉(zhuǎn)子剛度不夠；同時，為了便于聯(lián)接軸套的拆卸和安裝，聯(lián)接套筒與泵軸之間采用的是間隙配合，不能保證聯(lián)接形成剛性軸系，降低了轉(zhuǎn)子的剛性，促發(fā)振動加大，引起葉輪開裂。②軸承位置不適當(dāng)影響了轉(zhuǎn)子剛性。導(dǎo)葉體部位的1個軸承離葉輪較遠(yuǎn)，擴(kuò)大了轉(zhuǎn)子的懸臂比，而且軸承的長徑比太小，不能有效限制轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的巨大的反動力，削弱了軸承支承力的作用；2個中間軸承離軸聯(lián)接套筒較遠(yuǎn)，這樣2根軸聯(lián)接處沒有得到有效約束，不能有效約束轉(zhuǎn)子的晃動，使得振動加大，引發(fā)葉輪開裂。③內(nèi)殼體結(jié)構(gòu)缺陷造成機(jī)組損壞。該泵為抽芯式雙殼體結(jié)構(gòu)，中間軸承支架通過大圓環(huán)與外筒體內(nèi)壁進(jìn)行配合，無法實(shí)現(xiàn)精確定位；同時，軸承支架大圓環(huán)與軸承中心力臂較大，在自身重力等作用下，使得軸承支架大圓環(huán)產(chǎn)生偏斜，導(dǎo)致軸承偏磨，振動加劇。

3 循環(huán)水泵劣化處理措施

鑒于對葉輪劣化原因的分析，確定采取以下措施，減緩葉輪開裂的趨勢。

3.1 轉(zhuǎn)子部套

（1）泵軸：4根軸頸鍍鉻層由于發(fā)生電化學(xué)腐蝕及鍍鉻層超厚，形成應(yīng)力集中剝落，采取打磨并重新鍍鉻。先將其軸頸削車加工直徑縮小1.5mm，然后鍍鉻，控制鍍鉻層厚度 0.07～0.08mm。

（2）泵聯(lián)軸器：選配新套筒聯(lián)軸器，按實(shí)際泵軸尺寸適配（H7／h6），材質(zhì)為雙相鋼。

（3）軸套：選用新軸套，材質(zhì)為雙相鋼；軸套固定螺釘，材質(zhì)為雙相鋼；在軸配合的相應(yīng)部位鉆制凹坑，螺釘旋入，螺釘沖全印防松。

（4）葉輪：條件允許下更換為新鍛造葉輪，若使用劣化葉輪則對斷裂處采用雙面補(bǔ)焊；同時對汽蝕及沖刷損壞區(qū)挖補(bǔ)后，磨平，焊后做滲透檢測（PT）、超聲波檢測（UT），在200r／min轉(zhuǎn)速下葉輪動平衡要求為100g。

3.2 靜子部套

（1）軸承支架與外筒體配合：重新車配，外接管在機(jī)床上以配合止口圓周、結(jié)合面與配合止口為基準(zhǔn)，檢查軸承支架配合處跳動，并車圓；軸承支架焊縫做PT檢查，外筒體按H8／f9配合間隙；將軸承支架六個支點(diǎn)處挖去1.5～2mm、堆焊并以支架內(nèi)孔為基準(zhǔn)車床加工；軸承支架中心部套兩側(cè)端面對軸線跳動≤0.05mm；保持導(dǎo)流體在垂直狀態(tài)，導(dǎo)流體上部與外筒體配合H8／f9。

（2）內(nèi)接管A／B／C／D／E：重新車配內(nèi)接管法蘭端面及導(dǎo)軸承與軸線垂直度檢查，在專用芯軸上，兩端面對軸線跳動≤0.05mm。止口配合按H6／h5，內(nèi)接管法蘭螺栓更換316材質(zhì)螺栓。

3.3 部套防腐

（1）所有設(shè)備需防腐，要求表面去除銹跡見金屬光澤，采用厚漿型環(huán)氧煤瀝青防海生物防腐涂料，防腐層為四層，總體干膜厚度≥400μm。

（2）犧牲陽極：更換犧牲陽極保護(hù)塊，修理調(diào)試陰極保護(hù)裝置，保證保護(hù)裝置能隨機(jī)正常使用。

3.4 技術(shù)改造

（1）導(dǎo)軸承：軸承材質(zhì)優(yōu)化為賽龍GM2401；基體采用316L材質(zhì)；螺栓采用316L材質(zhì)；最下端軸承將直線形冷卻水槽改為L形，在底部去除50mm，增加阻水邊。

（2）增加軸承沖洗水系統(tǒng)：從填料函處開孔，將內(nèi)接管原軸承冷卻孔用相同材質(zhì)封堵，增加管道泵、濾網(wǎng)，通入優(yōu)質(zhì)軸承沖洗水。

3.5 安裝控制

（1）注意安裝質(zhì)量，確保子母口對接，調(diào)整軸系中心、外筒體中心、內(nèi)接管中心的偏差≤0.05mm。

（2）確保填料函，二只軸承支架，下軸承中心在同一直線上后，外筒體法蘭及泵蓋，1∶50錐銷定位，防止相對位置發(fā)生變化。

（3）通過增減水平臺板墊片，調(diào)整外筒體垂直度和臺板水平度。

（4）校正測點(diǎn)，及時校驗泵組在線測振裝置，保證監(jiān)督數(shù)據(jù)的代表性和準(zhǔn)確性。

4 循環(huán)水泵劣化處理結(jié)果

結(jié)合機(jī)組大修進(jìn)行優(yōu)化處理，并在處理過程中重點(diǎn)做好技術(shù)數(shù)據(jù)及檢修工藝管控，設(shè)置關(guān)鍵質(zhì)量驗收點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了全過程質(zhì)量管理。具體改造效果見表2。

表2 改造前后振動對比 mm

該類型水泵經(jīng)過優(yōu)化處理后，設(shè)備總體投運(yùn)較為穩(wěn)定，避免了由于循環(huán)水泵退出運(yùn)行而影響機(jī)組負(fù)荷的隱患，極大提升了運(yùn)行可靠性；同時，改造后明顯降低了檢修成本，據(jù)估算，機(jī)組每年可減少循環(huán)泵檢修兩次，節(jié)省檢修費(fèi)用240余萬元，效果顯著。

5 結(jié)語

通過葉輪開裂原因分析及處理優(yōu)化的全過程管理，解決了沿海電廠斜流式循環(huán)水泵葉輪開裂問題，不但降低人力、物力開支，節(jié)約了設(shè)備檢修成本，而且進(jìn)一步提高了機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。積極開展該類缺陷原因分析和處理措施探討，對同類機(jī)組的生產(chǎn)設(shè)計及改造優(yōu)化具有重要的借鑒和參考價值。

［1］郭立君，何川 .泵與風(fēng)機(jī)［M］.北京：中國電力出版社，2004.