火電廠離心泵檢修工藝要點(diǎn)分析

國(guó)華徐州發(fā)電有限公司 孟德龍

火力發(fā)電在現(xiàn)階段仍占絕對(duì)主力，離心泵在火力發(fā)電廠中應(yīng)用十分廣泛且占據(jù)重要地位，給水泵組、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵、潤(rùn)滑油泵等主要輔機(jī)設(shè)備主要采用離心泵。機(jī)組容量大小不同、離心泵作用不同以及生產(chǎn)廠家不同，離心的結(jié)構(gòu)也存在很大差異。想要從容應(yīng)對(duì)不同類型的離心泵檢修，需從離心泵的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)入手，充分了解保證離心泵穩(wěn)定運(yùn)行的基本工藝要求。

1 基本結(jié)構(gòu)及檢修工藝劃分

離心泵的基本結(jié)構(gòu)分為轉(zhuǎn)動(dòng)部分和靜止部分，可進(jìn)一步細(xì)分成五個(gè)基本結(jié)構(gòu)部分：轉(zhuǎn)動(dòng)部分（泵軸、葉輪、軸套、平衡盤、平衡鼓、誘導(dǎo)輪等），殼體部分（各級(jí)泵殼、導(dǎo)葉、筒體），密封部分（浮動(dòng)密封、機(jī)械密封、盤根密封、油擋、油封等），支撐部分（支持軸承、導(dǎo)向軸承、推力軸承（組合推力軸承或推力瓦加導(dǎo)向瓦）、軸承室），基礎(chǔ)部分（支座、筒體）和附屬部分（輔助潤(rùn)滑油、冷卻水、密封水等）。從檢修工藝角度出發(fā)，為保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)解體檢修主要有以下要點(diǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)部分要平衡，動(dòng)靜間隙要適當(dāng)，要考慮熱脹冷縮，動(dòng)、靜密封要嚴(yán)密，轉(zhuǎn)動(dòng)中心線要同心，基礎(chǔ)支撐要牢固；從檢修工序來說，離心泵檢修重點(diǎn)工序如下：測(cè)量調(diào)整轉(zhuǎn)子平衡，測(cè)量調(diào)整動(dòng)靜間隙，軸端密封安裝，軸承檢查安裝，找中心。

2 各工序工藝要求及要點(diǎn)

2.1 測(cè)量調(diào)整轉(zhuǎn)子平衡

當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的不平衡將產(chǎn)生不平衡的離心力，輕則造成振動(dòng)偏大，重則造成動(dòng)靜碰磨、設(shè)備損壞。轉(zhuǎn)子平衡的測(cè)量和調(diào)整主要包括質(zhì)量平衡和外形尺寸平衡。質(zhì)量平衡包括靜平衡和動(dòng)平衡，除部分低速離心泵或風(fēng)機(jī)可現(xiàn)場(chǎng)做靜平衡外，多數(shù)離心泵轉(zhuǎn)子及其部件在使用前均需進(jìn)行高速動(dòng)平衡。外形尺寸平衡主要測(cè)量晃動(dòng)度和瓢偏?；蝿?dòng)度測(cè)量位置選取主要考慮軸承支撐處、兩端、葉輪處、導(dǎo)向軸承處、機(jī)械密封處、平衡盤（鼓）處、推力盤處等，瓢偏測(cè)量主要針對(duì)對(duì)輪、推力盤、平衡盤和葉輪等?；蝿?dòng)度測(cè)量需要分泵軸晃動(dòng)度（或彎曲度）、轉(zhuǎn)子晃動(dòng)度兩步進(jìn)行。

泵軸本身的晃動(dòng)度（或彎曲度）產(chǎn)生主要是因?yàn)楸幂S直徑較小，容易在應(yīng)力集中處產(chǎn)生彎曲或在薄弱處扭曲，這是判斷泵軸是否可繼續(xù)使用的重要依據(jù)。離心泵與汽輪機(jī)不同，汽輪機(jī)測(cè)量晃動(dòng)時(shí)依靠自身軸瓦（或固定位置假瓦）支撐，不需要選取支撐點(diǎn)，而測(cè)量泵軸彎曲時(shí)支撐點(diǎn)的選擇和數(shù)據(jù)記錄非常關(guān)鍵，可直接影響對(duì)結(jié)果的判斷。

如圖1所示，當(dāng)右側(cè)支點(diǎn)選取位置發(fā)生變化時(shí)，右側(cè)端點(diǎn)偏離中心線的距離發(fā)生明顯改變，其晃動(dòng)度將會(huì)出現(xiàn)很大差別，測(cè)量結(jié)果便不能夠直接作為泵軸彎曲度是否超標(biāo)的依據(jù)。臥式泵通常應(yīng)選取軸承位置作為測(cè)量支撐點(diǎn)，立式泵可選取上軸承和最下部一個(gè)導(dǎo)向軸承處作為支撐點(diǎn)，多根軸的離心泵每根軸可以選取距離最遠(yuǎn)的兩個(gè)導(dǎo)向軸承處。數(shù)據(jù)記錄時(shí)，應(yīng)以坐標(biāo)軸的方式記錄各測(cè)量點(diǎn)晃動(dòng)度最大值及其相位，X 軸為泵軸長(zhǎng)度方向，Y 軸為各測(cè)量點(diǎn)晃動(dòng)度及其相位，支撐點(diǎn)的晃動(dòng)度理論上應(yīng)為“零”，實(shí)際反映的是泵軸在此處的橢圓度（或稱不柱度）。

圖1 不同支撐點(diǎn)差別示意圖

圖2 接觸面不平行產(chǎn)生扭力示意圖

一般情況下，泵軸發(fā)生不可逆的彎曲變形且超過標(biāo)準(zhǔn)值必須直軸或更換。直軸雖然有比較完善的工藝要求，但實(shí)際效果與操作人員的經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)，且直軸后難免殘存應(yīng)力，在今后的運(yùn)行中此部分應(yīng)力釋放泵軸仍會(huì)發(fā)生彎曲變形。在泵軸彎曲超標(biāo)不是太大的情況下其實(shí)不必直軸，通過適當(dāng)調(diào)整可以使轉(zhuǎn)子晃動(dòng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

轉(zhuǎn)子晃動(dòng)產(chǎn)生主要是三類因素的疊加：泵軸彎曲、葉輪同心度偏差和各接觸面不平行產(chǎn)生扭力。在前兩種因素不可變的情況下，對(duì)于采用鎖緊螺母固定的轉(zhuǎn)子可通過調(diào)整接觸面的平行度來調(diào)整轉(zhuǎn)子晃動(dòng)度。如圖2所示，當(dāng)軸套與葉輪（或軸套與軸套）之間配合在圓周上一側(cè)產(chǎn)生開口時(shí)（圖2上），鎖緊螺母鎖緊后，開口閉合（圖2下），將迫使泵軸發(fā)生彎曲，從而造成晃動(dòng)變化。轉(zhuǎn)子晃動(dòng)的調(diào)整，主要是消除端面的一側(cè)開口，或通過人為產(chǎn)生開口迫使泵軸向彎曲的反方向變形，從而在一定程度上矯正泵軸彎曲。葉輪、推力盤、平衡盤的瓢偏除本身的變形外，也可能受到上述情況的影響，需在調(diào)整轉(zhuǎn)子晃動(dòng)的同時(shí)兼顧瓢偏。測(cè)量瓢偏需要兩塊百分表，主要是為了消除盤動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子軸向位移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

2.2 測(cè)量調(diào)整動(dòng)靜間隙

不同于汽輪機(jī)汽封間隙的調(diào)整，離心泵的徑向間隙通常是固定的，所謂的測(cè)量調(diào)整，除在必要時(shí)更換磨損超標(biāo)的密封環(huán)以外，主要目的是使轉(zhuǎn)子的中心線盡量和殼體中心線重合，使轉(zhuǎn)動(dòng)部分四周間隙盡量均衡，防止局部偏小碰磨。軸向間隙主要用于轉(zhuǎn)子工作位置的確定，確保葉輪工作在給定的軸向位置的同時(shí)，軸向力平衡裝置更好的發(fā)揮作用。臥式多級(jí)離心泵軸承室通常有可調(diào)的軸承托架且有專門的平衡軸向力的部件，需要對(duì)軸向和徑向進(jìn)行精確定位。

以帶平衡盤和推力瓦的分段式多級(jí)給水泵為例，各級(jí)葉輪與導(dǎo)葉之間的距離在外部無法測(cè)量，只能在組裝后定位，平衡盤與葉輪之間、平衡盤與推力盤之間的相對(duì)位置也需要準(zhǔn)確定位。此種結(jié)構(gòu)離心泵的軸向定位是所有水泵中最復(fù)雜的一種，對(duì)理解掌握離心泵軸向定位的要點(diǎn)十分關(guān)鍵。如圖3所示，理想狀態(tài)下推力盤工作在推力瓦的軸向中心位置時(shí)，各級(jí)葉輪工作在軸向中心位置（即f=g 時(shí)，a≈b、c≈d），此時(shí)間隙e 正好滿足軸向推力平衡的要求。

圖3 臥式多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子工作位置示意圖

軸向測(cè)量定位前需理解以下專有名詞的含義：總竄。在沒有其它部件限位的情況下，葉輪在導(dǎo)葉內(nèi)可以軸向移動(dòng)的最大距離，多級(jí)泵總竄不大于每一級(jí)葉輪單獨(dú)軸向間隙；半竄。指平衡盤限位時(shí)，葉輪可以軸向移動(dòng)的距離。半竄約等于總竄的一半，即葉輪在殼體內(nèi)前后間隙基本一致；推力間隙。推力盤可以在兩側(cè)推力瓦內(nèi)軸向移動(dòng)的距離。軸向定位主要有以下四步：

第一步：總竄測(cè)量。如圖4所示，將平衡盤換成一個(gè)軸套（稱為工藝軸套），使平衡盤不再限位，不安裝推力瓦，這樣就可在鎖緊葉輪的情況下測(cè)量葉輪可以在殼體內(nèi)軸向移動(dòng)的最大距離。需要注意的是，當(dāng)a1=0時(shí)，c1不一定也是0，反方向亦是如此，因此多級(jí)泵組裝時(shí)各級(jí)葉輪、軸套位置應(yīng)相對(duì)固定，防止裝錯(cuò)造成總竄偏小。

圖4 臥式多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子總竄測(cè)量原理示意圖

第二步：半竄測(cè)量調(diào)整，即平衡盤定位。如圖5所示，將平衡盤回裝，不安裝推力瓦，測(cè)量轉(zhuǎn)子可以移動(dòng)的最大距離，這種狀態(tài)下轉(zhuǎn)子能夠向右移動(dòng)極限位置與總竄相同，但向左移動(dòng)會(huì)被平衡盤所限制（即e1=0）。半竄實(shí)際上就是平衡盤和平衡環(huán)緊貼時(shí)，葉輪右側(cè)與導(dǎo)葉之間的最小距離，通常為總竄的一半左右。調(diào)整半竄，就是調(diào)整平衡盤與葉輪之間的相對(duì)位置。如果半竄偏大，可縮短平衡盤與葉輪之間軸套的長(zhǎng)度（一般專門有調(diào)整墊片）；如果半竄偏小，可在平衡盤與葉輪之間的軸套上增加墊片，增大葉輪與平衡盤之間的距離。

圖5 臥式多級(jí)離心泵轉(zhuǎn)子半竄測(cè)量原理示意圖

第三步：推力盤定位。安裝推力盤，放入工作面推力瓦（靠近吸入端），通常要求在推力盤緊貼工作面推力瓦的工況下，平衡盤和平衡環(huán)保留一定的間隙，防止發(fā)生碰磨（即圖3中f=0時(shí)，e ＞0）；第四步：測(cè)量調(diào)整推力間隙。推力間隙是水泵在工作狀態(tài)下允許軸向移動(dòng)的最大距離，即靠推力瓦將轉(zhuǎn)子定位，使其僅能在一個(gè)很小的范圍內(nèi)竄動(dòng)（即圖3中f+g）。

徑向位置的確定包括左右和上下。上下定位主要靠“抬軸”，理論上總抬數(shù)值即轉(zhuǎn)子和殼體之間的直徑間隙，實(shí)際上因?yàn)楸幂S不可避免的發(fā)生變形，而測(cè)量點(diǎn)在外部，所以實(shí)際測(cè)量數(shù)值必然偏大，應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)子在上抬過程中發(fā)生彎曲變形對(duì)結(jié)果的影響才能準(zhǔn)確定位。左右定位由于缺乏精確的測(cè)量方法，更多的依靠檢修人員的經(jīng)驗(yàn)判斷。為確保準(zhǔn)確，減小轉(zhuǎn)子靜撓度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，可以上下左右確定幾個(gè)轉(zhuǎn)子不發(fā)生碰磨的極限位置，結(jié)合總抬數(shù)值確定轉(zhuǎn)子最終徑向位置。

立式泵通常不需要考慮徑向位置定位，只需要在解體狀態(tài)下測(cè)量每級(jí)葉輪配合間隙最小處的實(shí)際間隙，組裝后確定準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子提升量。所謂轉(zhuǎn)子提升量類似于臥式泵的半竄，當(dāng)未安裝推力軸承時(shí)，轉(zhuǎn)子在重力作用下緊靠在吸入端，安裝推力軸承后將轉(zhuǎn)子提起一定的高度，使葉輪基本置于殼體的軸向中心位置，提起的高度即是轉(zhuǎn)子提升量。

2.3 軸端密封安裝

軸端密封主要分接觸式和非接觸式密封。非接觸式密封主要用在高速給水泵上，以螺旋密封為主，沒有復(fù)雜的檢修工藝。接觸式密封中機(jī)械密封現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛，其結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。

機(jī)械密封（簡(jiǎn)稱為機(jī)封）主要靠動(dòng)靜結(jié)合面壓緊密封阻止介質(zhì)外漏，為提高可靠性也會(huì)增加一些附屬件。主要部件包括動(dòng)環(huán)（含O 型圈）、靜環(huán)（含O 型圈）和彈簧（含固定裝置）。應(yīng)用于高溫介質(zhì)時(shí)，需使用冷卻水防止機(jī)封超溫?fù)p壞。機(jī)封的密封效果主要取決于密封副（動(dòng)靜環(huán)配合面）的密封效果、靜環(huán)與機(jī)封壓蓋之間的密封效果、動(dòng)環(huán)與泵軸或軸套之間的密封效果，因此檢修安裝的要點(diǎn)主要是：壓縮量的調(diào)整、靜環(huán)與機(jī)封壓蓋之間密封圈的安裝和動(dòng)環(huán)與泵軸或軸套之間密封圈的安裝（集裝式不在現(xiàn)場(chǎng)分體安裝調(diào)整）。檢修安裝中應(yīng)特別注意密封副的保護(hù)，密封副一般采用耐磨脆性材料，敲擊震動(dòng)很容易造成密封副破損。對(duì)需要軸向調(diào)整定位的轉(zhuǎn)子，集裝式機(jī)封應(yīng)在轉(zhuǎn)子軸向位置確定后再鎖緊動(dòng)環(huán)與泵軸（或軸套）鎖緊螺釘，然后釋放動(dòng)環(huán)限位，防止機(jī)封動(dòng)環(huán)軸向位移過大損壞。

2.4 軸承檢查安裝

軸承檢查安裝重點(diǎn)需要注意：滾動(dòng)軸承禁止采用壓鉛絲的工藝測(cè)量游隙，以免造成高精度加工的滾道損傷，確需測(cè)量時(shí)可以使用百分表；滑動(dòng)軸承用鉛絲壓間隙必須選擇合適的鉛絲和墊片配合，鉛絲的壓縮量盡量不要超過鉛絲直徑的50%，以防烏金產(chǎn)生不可逆的塑性變形；臥式泵（懸臂式除外）自由端一般是轉(zhuǎn)子的相對(duì)死點(diǎn)，用于安裝推力軸承，考慮膨脹的需要，傳動(dòng)端滾動(dòng)軸承多采用滾柱軸承或允許軸承外圈在軸承室內(nèi)軸向移動(dòng)；成對(duì)安裝的推力軸承應(yīng)注意配合調(diào)整環(huán)；滾動(dòng)軸承外圈軸向、徑向不應(yīng)有太大緊力，防止軸承溫度升高后膨脹不暢。

2.5 找中心

找中心的目的是使不同的轉(zhuǎn)子工作在一條連續(xù)的曲線上。有些設(shè)備要求預(yù)留圓周或開口，主要是考慮到運(yùn)行后的膨脹量不同，因此中心的標(biāo)準(zhǔn)值僅適用于冷態(tài)。找中心要點(diǎn)及注意事項(xiàng)如下：

要求兩個(gè)轉(zhuǎn)子都要盤動(dòng)，特殊情況下只能盤動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)子時(shí)，表座安裝在能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的一側(cè)；數(shù)據(jù)記錄時(shí)，應(yīng)注意盤動(dòng)一周后數(shù)據(jù)“回零”。圓周數(shù)據(jù)“回零”是指數(shù)值回到起始值，開口數(shù)據(jù)“回零”則是指兩塊百分表讀數(shù)的差值和起始差值相同，主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子軸向相對(duì)位置可能發(fā)生變化，這也是測(cè)量開口需要兩塊百分比的原因（立式泵可以一塊）；驗(yàn)證數(shù)據(jù)記錄是否準(zhǔn)確：驗(yàn)證圓周時(shí)，上下數(shù)值相加和左右數(shù)值相加應(yīng)基本相等。驗(yàn)證開口時(shí)，由于兩塊表對(duì)稱布置，若不考慮軸向位置發(fā)生變化，兩塊表數(shù)值變化大小基本一致但方向相反。

記錄數(shù)據(jù)時(shí)必須記錄測(cè)量方式，使用塞尺測(cè)量以及百分表指針指向影響中心偏差方向；實(shí)際調(diào)整墊片厚度應(yīng)比計(jì)算結(jié)果放大，這是因?yàn)槔碚撚?jì)算時(shí)前后支點(diǎn)為點(diǎn)接觸，而墊片是面接觸，墊片厚度對(duì)中心的實(shí)際影響小于理論值，特別是對(duì)開口調(diào)整量的影響；懸臂式離心泵軸承室下方支架作為輔助支撐，必須在中心調(diào)整完畢后固定，不能作為調(diào)整中心用；由于立式泵電機(jī)安裝在泵基座上，必須保證水泵基座水平度符合要求，否則可能造成電機(jī)開口值符合要求的情況下水平度超出允許范圍。

2.6 影響離心泵檢修質(zhì)量還需要注意的小知識(shí)

骨架油封開口的一側(cè)朝向需要密封的介質(zhì)。非接觸式油擋能夠良好的密封的關(guān)鍵是回油孔暢通。單級(jí)雙吸葉輪應(yīng)注意防止裝反，葉輪出水口兩側(cè)不一定完全對(duì)稱，部分葉輪采用不對(duì)稱設(shè)計(jì)，使轉(zhuǎn)子運(yùn)行中始終存在一個(gè)朝向傳動(dòng)端的軸向力。鎖緊螺母旋緊方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反。

綜上，從事火電廠設(shè)備檢修，關(guān)鍵不是學(xué)會(huì)某一臺(tái)設(shè)備的檢修工序，而是找出一種或多種不同類型的設(shè)備所擁有的共同特征，根據(jù)其特征特點(diǎn)掌握基本的檢修工藝要求，這樣在面對(duì)新類型的設(shè)備時(shí)便能從容應(yīng)對(duì)。同時(shí)對(duì)基本工藝的掌握，能夠?qū)⒉煌问皆O(shè)備的故障現(xiàn)象和原因串聯(lián)起來，更有利于在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行有針對(duì)性的分析和判斷。