發(fā)電廠鍋爐電動給水泵故障分析及優(yōu)化

朱佳俊

摘要：鍋爐汽水系統(tǒng)是燃煤發(fā)電廠重要的組成部分，汽水系統(tǒng)是否能安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到發(fā)電機組能否安全運行正常發(fā)電。而給水泵作為汽水系統(tǒng)中的重要設(shè)備，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其輔助設(shè)備較其他水泵更為復(fù)雜，一旦發(fā)生事故，將直接影響汽水系統(tǒng)的正常運行。且給水泵組故障的維修周期一般較長、設(shè)備停運影響較大、損失較為嚴重，其運行和維修成本都相對較高，因此對于給水泵常見故障的分析有益于維持發(fā)電廠的正常運轉(zhuǎn)，降低電廠的廠用電量，進而降低運營成本。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠鍋爐;電動給水泵;故障分析;優(yōu)化

1給水泵的驅(qū)動方式

1.1電動給水泵

電動機驅(qū)動根據(jù)速度是否可以調(diào)節(jié)分為定速和調(diào)速兩種。定速泵是電動機直接帶動給水泵運轉(zhuǎn)，利用節(jié)流閥的開度調(diào)節(jié)改變流量大小，隨著轉(zhuǎn)速的升高節(jié)流損失增加，但易于操作和日常維護，適用于轉(zhuǎn)速比較低的小容量泵。調(diào)速泵是增加液力耦合器，通過流體傳遞轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，控制泵的流量，節(jié)流損失小，對負載的適應(yīng)性更好。由于渦輪與泵輪之間有間隙，無磨損，并起到減震的作用，可以實現(xiàn)無極調(diào)速。但是構(gòu)造較復(fù)雜，維修量大，適用于大容量。

1.2汽動給水泵

汽輪機驅(qū)動給水泵分為主汽輪機驅(qū)動和小汽輪機驅(qū)動。主汽輪機驅(qū)動是把主汽輪機與給水泵直接相連，或中間安裝液力耦合器，或在此基礎(chǔ)上再增加增速箱三種方式。小汽輪機驅(qū)動是利用煙氣中剩余的熱量，提高熱量的利用率，從而滿足機組容量的不斷增長，且更加節(jié)能。但是由于是二次利用，所以小汽輪機的效率相較主汽輪機低，做功也較少。

2發(fā)電廠鍋爐電動給水泵故障分析及優(yōu)化

2.1給水泵泵軸斷裂

失效原因分析：（1）給水泵泵軸斷裂發(fā)生在葉輪附近的鍵槽處，常見的誘發(fā)斷裂的原因有：結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致應(yīng)力集中，超出危險面的承受極限、鍵槽處配合偏差過大，且裝配時操作失誤，導(dǎo)致變形產(chǎn)生應(yīng)力或者薄弱邊緣、加工工藝不當，為消除存在零件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。（2）鍵槽底部未加工圓角過渡，直角處截面面積發(fā)生突變，導(dǎo)致應(yīng)力集中;分析零件內(nèi)部材料組織結(jié)構(gòu)，選用材料或者制造工藝不當，導(dǎo)致內(nèi)部非金屬材料超過標準，使加工成品脆性過大，對給水泵的使用性能有極大的危害。解決方法：（1）加強成品檢查標準，改善加工工藝，并嚴格規(guī)定原材料標準驗收。泵軸是給水泵的主要傳動零件，泵軸的優(yōu)劣決定了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與使用壽命。合理的加工工藝，可以有效減少應(yīng)力集中現(xiàn)象和光潔的表面。優(yōu)良的原材料及后處理工藝，可以明顯改善零件內(nèi)部的金相組織和金屬晶粒，減少非金屬雜質(zhì)，增強泵軸的韌性。（2）工作過程中，應(yīng)盡量保證泵軸運行平穩(wěn)可靠，減少不必要的應(yīng)力變化，避免應(yīng)力的影響。（3）制定并嚴格執(zhí)行泵軸及其它零件的定期檢查，定期對泵軸進行故障檢測和保養(yǎng)。（4）加強工人的培養(yǎng)，嚴格要求裝配工藝，保證給水泵的裝配可靠，避免因裝配導(dǎo)致失效。

2.2給水泵芯包磨損

失效原因分析：當給水泵在一穩(wěn)定狀態(tài)下運行時，突然改變其流量。此時，使給水泵抽水流量激增。根據(jù)伯努利方程，流量的增大，導(dǎo)致壓損變大，給水泵入口壓力也隨之降低，給水泵入口和出口的壓力差值增大。此時，若壓力繼續(xù)降低到達氣體臨界溶解度，氣體會從水中析出，此時會產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。由于氣體的可壓縮性遠遠高于液體，此時，整個系統(tǒng)內(nèi)會產(chǎn)生極大的壓力波動和流量沖擊。不僅會使系統(tǒng)產(chǎn)生異響，還使給水泵內(nèi)部受力分布難以穩(wěn)定。在交變應(yīng)力的影響下，泵內(nèi)部的間隙配合很容易發(fā)生改變，間隙變小使芯包和殼體之間接觸，進而產(chǎn)生摩擦。因此，芯包的磨損可能使由于汽蝕造成的。解決方法：汽蝕是給水泵運行過程中的常見問題，汽蝕的發(fā)生，將使泵的揚程和流量降低，泵運行效率下降，同時會伴有劇烈振動和明顯噪聲，并將致使泵葉輪發(fā)生疲勞損壞和金屬表面剝蝕，若汽蝕現(xiàn)象嚴重，還將致使水泵發(fā)生較為嚴重的動靜部分摩擦，進一步引發(fā)芯包的嚴重磨損和抱死的等事故。所以在給水泵運行中，如果出現(xiàn)流量急劇增大，同時伴有壓力及流量波動異常，應(yīng)該立刻減小泵的出水口閥門開度，減小進出口壓差。

2.3給水泵油封燒損

失效原因分析：（1）油封定位不合適，油封結(jié)構(gòu)如下圖所示。由圖可知，頂絲將油封和泵軸進行連接。將油封拆卸后發(fā)現(xiàn)，推力瓦沒有起到原有的作用，整個結(jié)構(gòu)靠油封定位。因此運行時，油封和壓蓋在軸向力的作用下配合間隙減小，產(chǎn)生動摩擦，造成燒損。（2）油封壓蓋與油封之間徑向間隙過小。由于制造上的失誤，導(dǎo)致油封和油封壓蓋之間間隙過小，在這種情況下極易產(chǎn)生動靜摩擦。（3）配件制造工藝有誤，油封配合如下圖所示。由圖可知，由于設(shè)計或者制造上的失誤，導(dǎo)致泵軸油封內(nèi)孔之間形成過盈配合，油封和軸抱死。由于油封大多數(shù)由銅制造，裝配后油封發(fā)生變形，導(dǎo)致燒損。改進方法：（1）改善裝配工藝，防止油封與壓蓋之間發(fā)生接觸。裝配完成后，預(yù)先進行測試，保證油封和端蓋之間的配合間隙達到標準。（2）更改最初設(shè)計圖紙，使油封內(nèi)孔和泵軸之間的配合改為間隙配合，不僅能有效解決問題，還方便工人安裝，同時還避免泵軸和油封內(nèi)孔產(chǎn)生動摩擦。（3）對間隙不達標的油封和油封端蓋進行返工，通過打表法調(diào)整其配合間隙的大小。

2.4給水泵平衡盤開裂

失效原因分析：平衡盤制造流程，多為多層合金焊接制造。制造工藝不當，極容易因焊接不當導(dǎo)致熱裂紋生成，失效形式如下圖所示。主要是因為平衡盤的液化溫度低于焊縫固化溫度，此時，焊縫成型，但內(nèi)部金屬還呈不穩(wěn)定狀態(tài)，金屬液可能流入下一層焊縫中去，導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻。同時，制造過程中會多次焊接，若工藝處理不當，極容易破壞之前的焊縫。內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻極容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。當應(yīng)力集中過大，且超過材料承受極限時，材料內(nèi)部的晶界就會發(fā)生開裂，形成失塑和裂紋。改進方法：優(yōu)化焊接工藝，對預(yù)熱溫度、層間溫度還有焊接時間進行嚴格規(guī)定，以及焊接前的預(yù)處理和熱處理均需進行規(guī)范。

2.5給水泵汽輪機調(diào)節(jié)汽閥閥桿斷裂

失效原因分析：下圖為閥桿斷裂的外部圖，對其斷口和閥桿表面進行觀察，初步判斷其失效原因是由于加工工藝不當導(dǎo)致加工表面沒有達到要求，閥桿達不到正常工作要求。為進一步驗證，需對閥桿內(nèi)部的金相組織和斷裂區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)進行觀察。由斷裂處的微觀結(jié)構(gòu)可知，上述猜想基本正確。由于表面粗糙度過大，且過渡處的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理產(chǎn)生應(yīng)力集中。在長期工作運行過程中，在應(yīng)力集中的影響下產(chǎn)生斷裂。改進方法：（1）針對結(jié)構(gòu)進行改進，改善應(yīng)力集中處，使截面突變處過渡平緩、圓滑，避免應(yīng)力集中的影響。（2）改進加工工藝，加強驗收標準。加工后對零件表面進行打磨處理，增加閥桿表面光潔度，保證閥桿平面的表面粗糙度，避免毛刺、飛邊對整個閥桿內(nèi)部應(yīng)力分布產(chǎn)生影響。

3結(jié)束語

目前運營成本較高是制約發(fā)電廠發(fā)展的一個主要因素，通過分析發(fā)電廠的成本結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)維修費用是其中一個比較主要的部分，因此對于發(fā)電廠特別是傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠常見故障的分析可以降低檢修成本，提高經(jīng)濟效益。由于多數(shù)火電廠建造時間較早、鍋爐等設(shè)備使用時間較長、管理維護存在漏洞，并存在不同程度的安全隱患，因此通過對火電廠的設(shè)備進行故障分析可以提高設(shè)備的使用性能和安全性能。文章針對給水泵泵軸斷裂、給水泵芯包磨損、給水泵汽輪機調(diào)節(jié)汽閥閥桿斷裂、給水泵油封燒損、給水泵平衡盤開裂、給水泵葉片斷裂的故障原因進行分析，并提出解決方案。

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