汽輪機組凝泵故障分析及對策

葉 明

(國家能源集團九江發(fā)電有限公司，江西 九江 332000)

0 前 言

某發(fā)電有限公司#6機系N350 MW-16.65/538/538型、一次中間再熱、沖動式、單軸、雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，該機組配備了兩臺100%容量的的BDC300—400/D3S型凝泵。

1 BDC300—400/D3S型凝泵簡介

BDC300—400/D3S型凝泵為地坑立式外筒型4級離心式水泵。泵座上設置有導瓦和推力瓦式軸承聯(lián)合裝置，采用32號透平油潤滑，以承受轉子徑向力和軸向推力，另外還有泵內各水潤滑橡膠軸承承受轉子徑向力，首級的雙吸葉輪承受部分軸向推力，泵的軸封處設有集裝式機械密封裝置。

該類型凝泵額定容量為1 006 m3/h，轉速為1 480 r/min，揚程為299 m。A凝泵的電機有變頻裝置，該泵長期投入運行，以節(jié)省廠用電，B凝泵的電機為工頻，該泵長期備用。

2 問題提出

2.1 #6機A凝泵推力瓦運行溫度超標

自#6機A凝泵大修后投入運行3年以來，一直存在推力瓦運行溫度偏高，每年的冬、春、秋季最高運行溫度74 ℃左右，夏季推力瓦運行溫度高于其它季節(jié)，且逐年增高，第一年夏季最高運行溫度79 ℃，第二年夏季最高運行溫度81 ℃，第三年夏季最高運行溫度最高83 ℃，多次更換潤滑油推力瓦運行溫度仍居高不下，其中第二年夏季改用42號透平油來潤滑冷卻，無效果，運行溫度繼續(xù)攀升，到了第三年夏季最高達到83 ℃，被迫在油室外安裝自制外冷卻水噴淋裝置，將冷卻水噴淋在油室外殼增加冷卻，但無效果，推力瓦運行溫度仍然83 ℃居高不下，而要求最高不得超過70 ℃，嚴重超標。

2.2 #6機A凝泵效率下降

自#6機A凝泵大修后投入運行僅3年，就過早出現效率降低，無法滿足機組帶90%以上負荷運行。

2.3 #6機A凝泵電機過電流現象

自#6機A凝泵大修后投入運行僅3年， 該泵運行中開始出現電機過電流現象。

2.4 #6機A凝泵導瓦烏金表面磨損

#6機A凝泵運行3年后的大修中發(fā)現6塊導瓦烏金表面有輕微磨損。

2.5 #6機B凝泵推力瓦運行溫度超標

#6機B凝泵工作面推力瓦運行溫度80 ℃，嚴重超標，要求不得高于70 ℃。

2.6 #6機B凝泵機械密封漏水

#6機B凝泵工作面推力瓦運行溫度高的故障處理好后，B凝泵投入備用，A凝泵投入運行，運行中A凝泵電機變頻裝置突發(fā)故障，被迫將B凝泵投入運行，A凝泵退出運行轉工頻備用，而B凝泵運行不久，突發(fā)機械密封漏水，且漏水逐漸增大，不到2小時，出現巨大漏水，呈噴射狀，直接進入設置機械密封上方的導瓦和推力瓦的軸承聯(lián)合裝置的潤滑油油室內，導致B凝泵無法維持運行，被迫迅速將A凝泵投入工頻運行，B凝泵緊急退出運行及備用轉檢修。

3 原因分析

3.1 #6機A凝泵推力瓦運行溫度超標

經解體檢查#6機A凝泵，發(fā)現以下情況：

(1)導瓦和推力瓦的軸承聯(lián)合裝置油室內及安裝在油室大蓋內的盤旋式潤滑油冷卻器的冷卻水管外表面有大量硬質焦化油垢積聚，油室內底板表面積滿了硬質焦化油垢，該底板上分布的所有油槽內積滿硬質焦化油垢，推力頭上所有油孔和氣孔都被硬質焦化油垢堵塞，軸承室上所有油孔和氣孔也被硬質焦化油垢堵塞，造成油室與軸承室內完全被隔斷，互不相通，軸承室內潤滑油無法流入油室得到油室大蓋內的盤旋式潤滑油冷卻器冷卻，以致無法帶走推力瓦和導瓦運行中產生的熱量，軸承室內各導瓦及推力瓦之間空隙也還積聚滿大量硬質焦化油垢，也使得推力瓦、導瓦及軸承室內潤滑油無法有效散熱，由于油室大蓋內的盤旋式潤滑油冷卻器的冷卻水管外表面焦化油垢積聚很厚，冷卻效果嚴重降低，也使油室內潤滑油無法得到有效冷卻。油室放油孔也被硬質焦化油垢堵塞，歷次更換潤滑油時，油室內潤滑油無法放出，只能用鐵絲捅放油孔的方式來疏通放油，但效果不佳，只能耗用很長時間斷斷續(xù)續(xù)勉強將油室的潤滑油放盡，而油室內大量油垢臟污物卻無法排放出來，因軸承室內與油室不聯(lián)通了，軸承室內舊潤滑油無法放出，加入的新潤滑油只能進入油室內，軸承室內的推力瓦及導瓦只能依靠無法放出的舊潤滑油維持潤滑，而舊潤滑油又無法得到有效冷卻。實際情況是油室外空氣通過油室大蓋金屬壁和油室大蓋內壁表面硬質焦化油垢冷卻油室內潤滑油，以及油室大蓋內的盤旋式潤滑油冷卻器微弱冷卻油室內潤滑油，油室內潤滑油再通過軸承室金屬壁和軸承室內外硬質焦化油垢冷卻軸承室內的舊潤滑油，這種冷卻效果微乎其微，無法使軸承室內舊潤滑油得到有效冷卻，使得導瓦和推力瓦無法有效冷卻，即使加裝自制外冷卻水噴淋裝置，將冷卻水噴淋在油室外殼增加冷卻，冷卻效果仍無改善。

(2)11塊工作面推力瓦中1#、2#、3#、4#、5#、#6推力瓦烏金與推力頭有接觸，均有輕微摩擦痕跡，查得各推力瓦與推力頭接觸不均勻，接觸面積大小不一，均小于80%，而設計要求接觸分布均勻，接觸面積大于80%，顯然不符合要求；而其它5塊工作面推力瓦烏金與推力頭未接觸，查得其中7#、8#、9#、10#、11#工作面推力瓦與推力頭之間間隙分別為0.01 mm、0.02 mm、0.03 mm、0.02 mm、0.01 mm；查得泵軸最大彎曲度嚴重超標高達0.28 mm(標準值最大彎曲度不大于0.025 mm)。查得泵座上油室底板安裝面不干凈，有大量干枯不平整的硬塊物和硬雜質，因泵座推力軸承室底板安裝處平面未清理干凈，導致導瓦和推力瓦的軸承聯(lián)合裝置油室的底板安裝不平，底板上表面有傾斜與軸系中心線不垂直，加之泵軸彎曲度嚴重超標導致該泵整個軸系彎曲度超標，還造成推力頭安裝到軸系上，其工作面與軸系中心線不垂直，與油室的底板上表面平行度偏差超標，從而造成1#、2#、3#、4#、5#、#6工作面推力瓦烏金表面與推力頭接觸不良，其它5塊工作面推力瓦烏金與推力頭未接觸。

(3)各葉輪與對應密封環(huán)配合間隙磨損嚴重超標(見表1)，導致軸向推力增大，增大了工作面推力瓦承受的負荷，超出了其承受能力。

表1 #6機A凝泵各葉輪與密封環(huán)的上次修后間隙及此次修前間隙

綜合以上發(fā)現情況分析得出工作面推力瓦運行溫度過高的原因是，導瓦和推力瓦的軸承聯(lián)合裝置安裝工藝欠佳，導致工作面推力瓦烏金表面與推力頭工作面接觸不良，造成工作面推力瓦運行溫度嚴重超標，從而引起潤滑油長期承受高溫被氧化，造成潤滑油品質逐漸惡化，逐漸產生大量硬質焦狀油垢，導致軸承室內外、油室大蓋內盤旋式潤滑油冷卻器的冷卻水管外表面、油室的底板表面聚集硬質焦狀油垢，且越來越多，越來越厚，油室大蓋內盤旋式潤滑油冷卻器冷卻效果嚴重降低，油室與軸承室內各通道嚴重堵塞，潤滑油無法得到有效冷卻；因該泵軸系彎曲度嚴重超標，隨著該泵長期運行各葉輪與對應密封環(huán)配合間隙磨損超標越來越大，造成軸向推力不斷地逐漸增大，以上綜合因素導致推力瓦運行溫度過高，且不斷增高，超標越來越大。

3.2 #6機A凝泵效率下降

解體檢查#6機A凝泵中，查得因泵軸彎曲度超標過大(見表2)，引起軸系彎曲度

表2 #6機A凝泵泵軸上次修后彎曲度及此次修前彎曲度

超標過大，以致轉子徑向跳度超標過大，使得軸系穩(wěn)定性能差，導致各軸套與軸承磨損嚴重，隨著凝泵運行時間越來越長，各軸承間隙因磨損超標越來越大(見表3)，各軸承。

表3 #6機A凝泵各軸承與對應軸套的上次修后間隙及此次修前間隙

承受轉子徑向力的能力不斷下降，轉子徑向跳度也不斷增大，軸系穩(wěn)定性能越來越差，又導致各葉輪與密封環(huán)發(fā)生磨擦，各葉輪與密封環(huán)配合間隙磨損超標越來越大，且這種惡性循環(huán)狀態(tài)，最終造成該泵未運行到六年的一個大修周期，僅運行3年就過早出現效率嚴重下降，低于設計值無法滿足機組帶90%以上負荷運行。而泵軸彎曲度大是因為上次大修未作泵軸校直處理。

3.3 #6機A凝泵電機過電流現象

因#6機組A凝泵的泵軸彎曲度超標過大(見表2)引起軸系彎曲度超標過大，使得軸系的軸振值超標過大，軸系跳度也超標過大，各軸套與對應軸承出現嚴重摩擦和磨損，經長期磨損后，磨損表面越來越粗糙，造成各軸套與軸承之間摩擦阻力越來越大，同時各軸套與軸承因磨損間隙也越來越大，導致各軸承承受軸系徑向力的能力越來越弱，又造成軸系的軸振值超標及軸系徑向跳度超標也越來越大，以致各葉輪與密封環(huán)也發(fā)生摩擦和磨損，隨著各軸套與軸承間隙磨損超標不斷增大，各葉輪與密封環(huán)間隙也不斷磨損增大，并發(fā)展到間隙磨損超標越來越大，軸系失穩(wěn)狀況更加不斷惡化，各軸套與軸承表面磨擦及各葉輪與密封環(huán)表面磨擦也越來越嚴重，磨損痕跡也越來越粗糙，摩擦阻力也就越來越大，最終導致該泵未運行到六年的一個大修周期，僅運行3年就過早出現電機過電流現象。

3.4 #6機A凝泵導瓦烏金表面磨損

因#6機A凝泵的導軸承和推力軸承聯(lián)合裝置油室的底板安裝傾斜、泵軸系彎曲度超標過大造成的軸承室中心與軸系中心線不一致偏差超標，且軸系彎曲度超標過大引起的軸系徑向跳度偏大超標，導致六塊導瓦均有明顯的輕微磨損。

3.5 #6機B凝泵推力瓦運行溫度超標

查得#6機組B凝泵導軸承和推力軸承聯(lián)合裝置油室內盤旋式潤滑油冷卻器的冷卻水管整個表面積聚大量且很厚的膠狀油垢，端差大幅增大，對潤滑油的冷卻效果大幅降低，推力瓦運行中產生熱量無法被冷卻水帶走，導致油室內油溫過高，于是造成該泵工作面推力瓦運行溫度過高。

3.6 #6機B凝泵機械密封漏水

查得#6機組B凝泵機械密封動環(huán)和靜環(huán)破裂成數段引起漏水，泵運行中破碎的靜環(huán)逐漸將機械密封的軸套整圈磨穿，并將該泵傳動軸表面逐漸磨出寬20 mm寬，深9 mm的環(huán)形溝槽，故導致該泵機械密封漏水逐漸越來越大，不到2小時發(fā)展到巨大漏水，呈噴射狀態(tài)，直接進入設置在其上方的導軸承和推力軸承聯(lián)合裝置的潤滑油油室內，導致該泵被迫退出運行及備用。查得該泵機械密封動環(huán)和靜環(huán)破裂的原因是，該泵抽空氣門為手動明桿閘閥，安裝在抽空氣管的水平段，該抽空氣門是以閥桿與管段水平面垂直的錯誤方式安裝，由于該抽空氣門閥桿與閥芯連接處嚴重腐蝕損壞，發(fā)生閥芯脫離，造成該抽空氣門被關閉，該泵長期備用狀態(tài)時，泵內部分凝結水汽化的蒸汽和水中逸出的氣體無法排至凝汽器抽氣系統(tǒng)，積聚在泵內上方，使該泵機械密封被包圍在蒸汽和氣體中，當該泵啟動運行時，機械密封動環(huán)和靜環(huán)之間無法建立水膜，無法得到潤滑冷卻，動環(huán)和靜環(huán)之間發(fā)生干磨而劇烈發(fā)熱，導致動環(huán)和靜環(huán)嚴重破損碎裂。另外，在拆出機械密封前，拆卸清理檢查進了水的導瓦和推力瓦的軸承聯(lián)合裝置時，查得推力頭、6塊導瓦、11塊工作面推力瓦和8塊非工作面推力瓦及其它零部件均完好無損。

4 實施對策

4.1 #6機A凝泵故障處理對策

(1)校直#6機A凝泵泵軸，使泵軸彎曲度達標(見表4)。

表4 #6機A凝泵泵軸此次修前彎曲度及此次修后彎曲度

(2)更換#6機A凝泵首級前密封環(huán)及后密封環(huán)、次1級前密封環(huán)及后密封環(huán)、次2級前密封環(huán)及后密封環(huán)、次3級前密封環(huán)及后密封環(huán)，考慮到各葉輪上與密封環(huán)配合的部位磨損很嚴重，單獨更換各密封環(huán)，無法將各密封環(huán)與葉輪間隙調整到合格范圍，于是此次還更換了首級葉輪、次1級葉輪、次2級葉輪、次3級葉輪，更換后各密封環(huán)與葉輪間隙(見表5)均達到了標準值范圍。

表5 #6機A凝泵各葉輪與對應密封環(huán)的此次修前間隙及此次修后間隙

(3)更換#6機A凝泵1個下軸套、1個導軸套、3個中間導軸套、1個上軸套、1個下軸承、1個導軸承、3個中間導軸承、1個上軸承，更換后各軸套與軸承間隙(見表6)均達到了標準值范圍。

表6 #6機A凝泵各軸承與對應軸套的此次修前間隙及此次修后間隙

(4)清除#6機A凝泵導軸承和推力軸承聯(lián)合裝置油室底板上表面及軸承室內大量硬質焦化油垢，并清洗干凈油室大蓋內表面、盤旋管式潤滑油冷卻器的冷卻水管外表面、軸承室內外表面、軸承油室底板上表面及油槽內、浮動密封環(huán)表面、推力頭表面、各導瓦表面和各推力瓦表面，同時疏通清洗干凈軸承室上的各油孔和推力頭上的各油孔和氣孔，清理干凈泵座上導軸承和推力軸承聯(lián)合裝置油室底板安裝面上的大量干枯不平整的硬塊物和硬雜質，清理干凈導瓦和推力瓦的軸承聯(lián)合裝置油室底板下表面。清理干凈后，在A凝泵組裝過程中，查得能將導軸承和推力軸承聯(lián)合裝置油室底板安裝平整，該油室底板上表面無傾斜與軸系中心線垂直，推力頭安裝到軸系上其工作面與軸系中心線垂直，并與該油室底板上表面平行度偏差0.002mm，且查得六塊導瓦與推力頭徑向間隙均為0.06mm，推力頭與11塊工作面推力瓦均接觸很好，各推力瓦接觸顯示分布均勻，接觸面積大于80%。A凝泵組裝完畢后，導軸承和推力軸承聯(lián)合裝置中加入足夠潤滑油后，盤動泵轉子3圈，泵轉子轉動無卡澀和異聲，表明該泵的動、靜部分無摩擦，六塊導瓦與推力頭無直接摩擦，完全符合質量標準。

4.2 #6機B凝泵故障處理對策

(1) 清洗干凈#6機組B凝泵導軸承和推力軸承聯(lián)合裝置油室內盤旋式潤滑油冷卻器的冷卻水管整個表面積聚的大量且很厚的膠狀油垢油泥。

(2)采用微弧焊填滿#6機B凝泵傳動軸上被機械密封破碎靜環(huán)磨出的環(huán)形溝槽，然后將傳動軸修補處的表面、外形及直徑尺寸修磨成原狀，試裝入新機械密封時，查得能正常通過傳動軸的修補部位。

(3) 清理干凈進入#6機組B凝泵導軸承和推力軸承聯(lián)合裝置的水，擦干各零部件。

(4) 更換#6機B凝泵機械密封。

(5) 更換#6機B凝泵抽空氣門，新抽空氣門為明桿手動閘閥，該抽空氣門安裝在原水平管段位置，將該抽空氣門按閥桿與管段水平面平行的方式安裝，這樣可防止再發(fā)生閥芯與閥桿脫離時不會出現關閉該抽空氣門的問題。

5 結 語

#6機A凝泵修后，投入運行至今半年多，情況正常穩(wěn)定，最大振幅0.016 mm，秋冬春季推力瓦運行溫度最高56 ℃，夏季推力瓦運行溫度最高63 ℃，該泵運行效率明顯提高，流量和揚程均達到了設計值，電機運行電流也達到了正常值，可滿足機組帶90%以上負荷運行，確保了該泵運行的安全經濟性和可靠性，同時也確保了#6機組安全經濟運行，達到了預期效果。

#6機B凝泵修后，投入備用及運行至今半年多，共運行了30個小時，情況正常穩(wěn)定，最大振幅0.018 mm，秋冬春季推力瓦運行溫度最高57 ℃，夏季推力瓦運行溫度最高64 ℃，機械密封未發(fā)生過漏水現象，也取得了很好效果。