350 MW機組電動給水泵組故障分析及對策

葉 明

（國家能源集團九江發(fā)電有限公司，江西 九江 332000）

1 350 MW機組電動給水泵組概況

國家能源集團九江發(fā)電有限公司5號機組、6號機組均系容量350 MW、亞臨界、一次中間再熱、沖動式、單軸、雙缸雙排汽的凝汽式TCDF-40型汽輪機，每臺機配備2套50%容量的汽動給水泵（以下簡稱“汽泵”）組、1套50%容量的電動給水泵（以下簡稱“電泵”）組。機組正常運行時投入2套汽泵組運行，電泵組既作為機組啟停時的啟動給水泵組，也作為機組運行時的備用給水泵組，均用來向鍋爐提供高壓給水。電泵組由1臺沈陽水泵廠制造的YKND400/300型電泵前置泵、1臺東方電機股份有限公司制造的TKS-6500-4型驅動電機、1臺ST.POELTEN-AUSTRJA制造的R16k550.1型調(diào)速液力偶合器和1臺韋爾泵有限公司制造的FK6F32-K型給水泵串聯(lián)安裝組成，共用1臺電機驅動。另外，電泵組還設置有1臺輔助潤滑油泵和1臺潤滑油泵，用來向電泵組的電泵前置泵各軸承、電機各軸承、液力偶合器各軸承和給水泵各軸承提供潤滑油；還設置1臺工作油泵，用來向液力偶合器提供工作油。5號機電泵組的電泵前置泵軸與電機軸采用膜片式聯(lián)軸器連接，電機軸與液力偶合器輸入軸采用剛性聯(lián)軸器連接，液力偶合器輸出軸與給水泵軸采用膜片式聯(lián)軸器連接；6號機電泵組的電泵前置泵軸與電機軸采用膜片式聯(lián)軸器連接，電機軸與液力偶合器輸入軸采用齒式聯(lián)軸器連接，液力偶合器輸出軸與給水泵軸采用膜片式聯(lián)軸器連接。2臺機組電泵組的電泵前置泵均為臥式單級離心水泵，采用雙吸葉輪，支持軸承為圓筒式軸瓦，軸瓦設計有甩油環(huán)，推力軸承為推力瓦塊式，軸封采用集裝式機械密封形式密封，該機械密封的彈簧設計為總壓縮量6 mm，預壓縮量2.5 mm。

2 電泵組運行中存在的問題

電泵組運行中存在的問題主要有以下幾方面：一是振幅嚴重超標。5號機電泵前置泵額定轉速為1 485 r/min，合格標準要求振幅小于0.08 mm，而5號機電泵前置泵運行中振動很大，最大振幅高達0.28 mm，振幅嚴重超標。二是漏水及推力瓦運行溫度嚴重超標。在一次5號爐做水壓試驗中，5號機電泵組運行中突發(fā)電泵前置泵驅動端機械密封漏水、非驅動端機械密封漏水及推力瓦運行溫度急劇升高，最高達90℃，嚴重超標，電泵組被迫停運檢修，導致該次5號爐水壓試驗被迫中斷。三是油泵泵出的潤滑油無法進入電泵前置泵驅動端軸瓦和油室內(nèi)。6號機電泵組備用及運行時，在一段時間里突發(fā)輔助潤滑油泵和潤滑油泵泵出的潤滑油無法進入電泵前置泵驅動端軸瓦和油室內(nèi)，觀察軸瓦油室出油觀察窗，查得無潤滑油排出。故障出現(xiàn)時間段內(nèi)，歷次電泵組投入運行前都是通過人工向軸瓦油室內(nèi)加入足夠潤滑油，但投運近45 min，油位由正常范圍的最高位緩慢下降至最低位，不得不再次加入足夠潤滑油，且如此不斷重復，電泵組投入運行，必須設專人監(jiān)視電泵前置泵驅動端軸瓦油室內(nèi)潤滑油油位下降情況和甩油環(huán)甩油情況，為確保絕對安全，每間隔40 min添加1次潤滑油，以確保軸瓦油室的油位維持在正常范圍內(nèi)，維持電泵組連續(xù)運行。這種不利狀況，不但增大了人工維護工作量，對電泵組安全運行乃至機組的安全啟停和運行都是極為不利的。四是液力偶合器工作油溫度嚴重超高。6號機電泵組運行中，突發(fā)液力偶合器工作油溫度不斷升高，最高達到了110℃，嚴重超標，且還有迅速上升的趨勢，液力偶合器還無法使給水泵帶60%以上負荷運行，嚴重威脅電泵組安全運行及機組安全啟停和運行。五是主油泵的傳動主、從動斜齒輪磨損嚴重。6號機電泵組的液力偶合器內(nèi)增速齒輪完好，而主油泵的傳動主、從動斜齒輪嚴重磨損損壞。

3 電泵組故障原因分析

3.1 5號機電泵組故障原因分析

a）由于5號機電泵前置泵側靠背輪與泵軸配合間隙過大，且該泵與電機靠背輪中心偏差過大，導致電泵前置泵運行時振動很大，振幅嚴重超標。

b）5號機電泵前置泵轉子總竄動量為10 mm屬于合格，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)推力盤并緊螺母未松動退出狀況下的泵轉子工作竄動量為2.0 mm，而標準值范圍為5±0.5 mm，屬不合格。這就導致葉輪出口未完全對準泵體出口，并造成泵側靠背輪與電機側靠背輪間距尺寸比聯(lián)軸器中間短節(jié)長度加兩塊膜片厚度的總尺寸大了3 mm（標準要求不大于0.5 mm），屬嚴重超標，且泵軸與泵側靠背輪配合間隙高達0.30 mm，具備了泵側靠背輪能在泵軸上軸向移動的條件，使泵側靠背輪向電機方向軸向位移了3 mm，泵側靠背輪與泵軸的泵側靠背輪限位臺肩端面之間出現(xiàn)3 mm間隙，留下了能使得泵轉子可以向驅動端軸向竄動3 mm的量。因此，5號機電泵前置泵運行時，因振動過大，引發(fā)推力盤并緊螺母松動退出，造成推力盤可以在泵軸上軸向移動，當出現(xiàn)軸向推力指向驅動端時，導致泵轉子向驅動端竄動了3 mm，驅動端機械密封彈簧壓縮量增大了3 mm，動環(huán)與靜環(huán)接觸緊力增大，引起動環(huán)與靜環(huán)摩擦發(fā)熱，導致動環(huán)與靜環(huán)之間水膜全部蒸發(fā)破壞，動環(huán)與靜環(huán)出現(xiàn)嚴重干磨，發(fā)熱量急劇增大，加之該泵振動很大，導致動環(huán)開裂，引起泄漏，同時泵轉子向驅動端竄動3 mm，使得非驅動端機械密封動靜環(huán)接觸緊力大幅度減小，非驅動端機械密封出現(xiàn)漏水。與此同時，因推力盤并緊螺母松脫，推力盤可以在泵軸上軸向移動，又使得軸向推力無法施加在驅動端推力瓦上，也就是說此時驅動端推力瓦未承受到軸向推力，故未造成該側推力瓦磨損，此時軸向推力轉移到了液力偶合器的推力瓦承擔，所幸查得液力偶合器的推力瓦無異常。

c）因5號機電泵前置泵運行中振動很大，導致推力盤并緊螺母振松退出，使得推力盤失去軸向定位作用，并引起推力盤端面跳度增大超標，且泵軸與泵側靠背輪配合松動，當該泵運行中出現(xiàn)軸向推力方向指向非驅動端時，非驅動端推力瓦承受軸向推力，且該泵振動很大，導致非驅動端側推力瓦油膜被破壞，該側推力瓦烏金與推力盤發(fā)生干摩擦，造成烏金表面出現(xiàn)部分磨損熔化，同時因非驅動端推力瓦嚴重磨損，厚度減薄了0.5 mm，使得推力間隙增大了0.5 mm，泵軸向非驅動端多竄0.5 mm，導致非驅動端機械密封彈簧多壓縮0.5 mm，動環(huán)與靜環(huán)接觸緊力增大，動環(huán)與靜環(huán)運行中出現(xiàn)摩擦發(fā)熱，加之該泵振動很大，引起動環(huán)和靜環(huán)嚴重磨損和靜環(huán)破損，從而發(fā)生泄漏。同時，泵轉子向非驅動端多竄動0.5 mm，也造成驅動端機械密封動靜環(huán)接觸緊力減小，使得驅動端機械密封漏水量相應增大。

3.2 6號機電泵組故障原因分析

a）軸瓦防轉定位銷未裝。經(jīng)拆卸檢查6號機電泵前置泵驅動端軸瓦油室進油管及進油節(jié)流孔板，查得軸承室進油口處節(jié)流孔板清潔，節(jié)流孔通暢，進油管內(nèi)清潔無雜物，于是檢查了該泵驅動端軸承裝置，查得軸瓦防轉定位銷未裝，軸瓦周向位置發(fā)生變化，偏離正確位置過大，導致軸承室下方潤滑油進油孔與下軸瓦的潤滑油進油孔完全錯開，使得輔助潤滑油泵和潤滑油泵泵出的潤滑油無法進入軸瓦內(nèi)，以致軸承室出油管無潤滑油排出。檢查還發(fā)現(xiàn)軸承室出油管口處有大量膠質狀油垢聚集，基本將出油管口堵塞，造成軸承油室出油管口處只有極微小量的排油能力。這就是人工加入的潤滑油不會立即全部排掉，而是緩慢排走，軸承室油位緩慢下降的原因。

b）易熔塞質量差，工作油量減少。針對6號機電泵組的液力偶合器工作油運行溫度過高，檢查液力偶合器，查得泵輪軸的推力軸承無異常，推力間隙0.36 mm，泵渦輪軸的推力軸承無異常，推力間隙0.38 mm，均屬合格范圍（合格范圍0.354～0.568 mm）；查得排油腔與渦輪配合間隙3.5 mm，供油腔與渦輪套配合間隙3.1 mm，泵輪與渦輪軸向間隙1.8 mm，均屬合格；查得液力偶合器工作油系統(tǒng)所有密封件均完好無損，勺管在套管內(nèi)行程120 mm，行程正常，勺管全行程無運行卡澀，泵輪與渦輪的工作腔進油控制閥無異常，能確保提供正常工作油量；查得工作油冷卻器冷卻管無結垢現(xiàn)象，工作油冷卻器冷卻水為閉式水（采用的是除鹽水），品質合格，冷卻水進水溫度及流量均正常；查得液力偶合器運行中工作油冷油器進油溫度110℃，出油溫度62℃，均過高超標，但查得2個易熔塞的焊料均有小部分熔化，漏油孔均開通了10%左右，工作腔內(nèi)工作油可從此處泄漏。綜上檢查情況分析得知，設計要求易熔塞160℃熔化，實際上6號機電泵組液力偶合器工作油的運行溫度最高110℃并未達到易熔塞熔化溫度，顯然是易熔塞質量差，提前出現(xiàn)部分熔化，導致2個易熔塞開通了一部分，使得泵輪與渦輪工作腔內(nèi)部分工作油從易熔塞部分熔化處泄漏排出回到油箱，以致旋轉腔內(nèi)工作油量相應偏少，引起工作油溫快速升高，導致工作油溫過高超標，同時工作油量因泄漏減少，也是液力偶合器無法使給水泵帶60%以上負荷運行的原因，以致無法維持液力偶合器正常運行。

c）電泵組電機出現(xiàn)三相不平衡現(xiàn)象。由于電泵組電機出現(xiàn)三相不平衡故障，定子、轉子產(chǎn)生一交變磁場，使電機出現(xiàn)過大的軸電流。電機的電泵前置泵側軸瓦和液力偶合器側軸瓦均與各自軸承座之間及軸承上蓋之間裝有絕緣膜片，各軸承座與其進、出油管連接處做了絕緣處理，電機轉軸、軸承座和基礎沒有構成閉合回路。液力偶合器、給水泵、前置泵均無避免軸電流損害的絕緣處理，電泵組電機出現(xiàn)三相不平衡故障時，電機轉軸通過聯(lián)軸器、液力偶合器、給水泵、前置泵和這些設備形成幾個閉合回路，這些閉合回路處在交變磁場中，產(chǎn)生了較大軸電流，使液力偶合器內(nèi)的各齒輪運行中在嚙合及分離瞬間產(chǎn)生電弧放電，齒表面遭到電擊損傷，齒面硬度降低，造成齒輪快速磨損。之所以電泵組的液力偶合器內(nèi)增速齒輪完好，而主油泵的傳動主、從動斜齒輪嚴重磨損損壞，是因為主、從動斜齒輪很薄（厚度均為20 mm），輪齒高度6 mm，潤滑油噴射到兩齒輪嚙合部位，大部分潤滑油很快流失，潤滑油積存量很少，兩齒輪嚙合部位油膜很薄，容易產(chǎn)生電弧，引起電擊損傷齒表面，導致齒面硬度降低，齒輪迅速磨損損壞。而液力偶合器內(nèi)增速齒輪表面無電擊損傷，是因為增速齒輪很厚，輪齒很寬也很高，潤滑油噴射到齒輪嚙合部位，能積存很多潤滑油，兩嚙合輪齒間油膜很厚，不易產(chǎn)生電弧。

4 預防措施及對策

a）分別更換了5號機電泵前置泵驅動端機械密封和非驅動端機械密封的動、靜環(huán)和各密封圈。

b）在5號機電泵前置泵推力盤前加裝2.8 mm的調(diào)整墊圈，將泵轉子工作竄動量調(diào)整至4.8 mm，泵轉子軸向定位向驅動端調(diào)整了2.8 mm，這樣不僅葉輪出口完全對準了泵體出口，還解決了泵側靠背輪與電機側靠背輪間距尺寸比聯(lián)軸器中間短節(jié)長度加2塊膜片厚度的總尺寸大了3 mm的問題。調(diào)整后總尺寸僅大了0.2 mm，符合不大于0.5 mm的標準要求，且聯(lián)軸器中間短節(jié)及2塊膜片均能裝入泵側靠背輪與電機側靠背輪之間。

c）更換5號機電泵前置泵全部推力瓦塊，查得推力盤與新推力瓦烏金接觸均勻，各推力瓦接觸面達到了80%以上。裝復推力軸承后測得推力間隙為0.35 mm，達到了合格標準范圍。

d）更換5號機電泵前置泵泵側靠背輪，使泵軸與靠背輪配合緊力為0.03 mm，解決了泵側靠背輪與泵軸配合很松動的問題。

e）調(diào)整5號機電泵前置泵靠背輪與電機靠背輪的中心尺寸至合格范圍，調(diào)整后中心最大偏差0.01 mm，最大張口0.01 mm，達到了合格要求（標準值的要求是中心最大偏差小于0.05 mm，最大張口小于0.05 mm）。

f）清洗干凈6號機電泵前置泵驅動端軸承室及出油管口處大量膠質狀油垢，安裝軸瓦防轉銷，防止軸瓦安裝位置發(fā)生變化，按檢修質量標準裝復驅動端軸承裝置，使軸承座下方進油孔與下軸瓦潤滑油進油孔完全對準，以確保驅動端軸瓦潤滑油進油暢通，進油量正常，防止缺油。

g）更換6號機電泵組液力偶合器的易熔塞，換上質量合格的易熔塞，新易熔塞設計熔化溫度160℃，符合技術要求。

h）更換6號機電泵組液力偶合器內(nèi)油泵的主、從動傳動斜齒輪，新主動傳動斜齒輪硬度HRC60，新從動傳動斜齒輪硬度HRC55，符合技術要求。

i）考慮到電機正常情況下軸電流極小，不會產(chǎn)生任何危害，消除6號機電泵組電機三相不平衡故障，可使6號機電泵組軸電流降低到非常微小，不會對液力偶合器內(nèi)各齒輪造成損傷，故此次電氣專業(yè)有針對性地著重消除了6號機電泵組電機三相不平衡故障。

j）6號機電泵組電泵前置泵靠背輪與電機靠背輪之間不再安裝原中間短節(jié)，改裝有絕緣的中間短節(jié)，使電機轉軸通過聯(lián)軸器、液力偶合器、給水泵、前置泵和這些設備基礎不能形成幾個閉合回路，以防止再次發(fā)生液力偶合器內(nèi)主油泵的傳動主、從動斜齒輪被電擊損壞。

5 對策實施后取得的效果

a）實施對策后，5號機電泵前置泵投入運行半年來一切正常，該泵運行中振動正常，最大振幅為0.025 mm，推力軸承運行溫度始終維持在34℃左右，驅動端機械密封和非驅動端機械密封未發(fā)生漏水現(xiàn)象，確保了5號機電泵組和5號機組的安全經(jīng)濟運行。

b）實施對策后，6號機電泵組潤滑油系統(tǒng)投入試運行，查得電泵前置泵驅動端軸瓦油室油位正常，通過查看驅動端軸瓦油室出油管的觀察窗，查得有潤滑油流出，且油量正常，顯然，潤滑油泵泵出的潤滑油進入了驅動端軸瓦和軸承油室內(nèi)；查得電泵組試運行、備用及歷次運行時，該泵驅動端軸瓦和軸承油室始終有潤滑油進、出，進、出油量正常，且驅動端軸承油室油位始終保持正常；歷次電泵組投入運行，電泵前置泵驅動端軸瓦最高運行溫度為32℃，屬于合格范圍，不再需要人工加油，減少了人工維護工作量。

c）實施對策后，6號機電泵組歷次投入運行，查得液力偶合器工作油量正常，工作油最高運行溫度維持在78℃左右，達到了正常值范圍（60～100℃）；查得2個易熔塞完好，工作油冷油器進口油溫78℃左右，達到了正常值范圍（60～100℃）；出油溫度38℃左右，達到了正常值范圍（35～70℃）；液力偶合器能使給水泵帶至100%負荷運行。

d）實施對策后，6號機電泵組液力偶合器經(jīng)多次隨電泵組投入運行后，跟蹤查得油泵的主、從動驅動斜齒輪完好無損。