立式循環(huán)水泵振動(dòng)消除的技術(shù)改進(jìn)與方案

邢志強(qiáng)

[摘 ? ?要]輔機(jī)循環(huán)水泵在火電廠運(yùn)行過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，就一起2200KLA-18.5型循環(huán)水泵振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象的處理進(jìn)行分析與探討，提出了排除故障的措施及處理方法，并探索對(duì)循環(huán)水泵異常振動(dòng)故障進(jìn)行排查的方案。

[關(guān)鍵詞]循環(huán)水泵;振動(dòng);故障排查;改進(jìn)修復(fù)

[中圖分類號(hào)]TM62 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）05–00–03

Technical Improvement and Scheme of Vibration

Elimination of Vertical Circulating Water Pump

Xing Zhi-qiang

[Abstract]The auxiliary circulating water pump plays a key role in the operation of the thermal power plant. This paper analyzes and discusses the treatment of the 2200KLA-18.5 circulating water pump's vibration exceeding the standard. The measures and processing methods for troubleshooting are put forward. And explore the solution of abnormal vibration fault of circulating water pump.

[Keywords]circulating water pump; vibration; troubleshooting; improvement and repair

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某電廠一期2×600 MW超臨界機(jī)組循環(huán)水（海水）的輸送，采用2200KLA-18.5型大型立式斜流泵，共配置有4臺(tái)，每臺(tái)機(jī)組各配備有2臺(tái)。

該泵為可抽出式立式斜流泵，即泵轉(zhuǎn)子部件（主要包括葉輪、葉輪室、軸、導(dǎo)葉體、軸承支架等）在不拆卸泵出口法蘭和泵筒體的情況下可從泵筒體中抽出進(jìn)行維護(hù)、檢修。電動(dòng)機(jī)與泵單基礎(chǔ)直聯(lián)安裝。泵的吸入口垂直向下，吐出口為水平布置。從電機(jī)端往泵看，泵順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，泵旋轉(zhuǎn)件的重量和泵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的軸向力由電動(dòng)機(jī)的推力軸承承受。該泵還可以輸送溫度<50 ℃、不含固體顆粒的清水或物理化學(xué)性質(zhì)類似于水的其他純凈液體。

主要零件說(shuō)明：

（1）吸入喇叭口：泵的吸水室，使液體均勻、平穩(wěn)地吸入葉輪內(nèi)。吸入喇叭口與葉輪室以錐面配合，與外接管A用螺柱聯(lián)接，相連的法蘭面涂以機(jī)械密封膠密封。吸入喇叭口壁上有兩個(gè)輔助陽(yáng)極防腐保護(hù)裝置，可以有效地防止海水對(duì)泵體的腐蝕破壞作用。吸入喇叭口材質(zhì)為HT200Ni2Cr。

（2）導(dǎo)葉體：泵的壓水室，能有效地收集葉輪流出的液體，改變液流的方向，并將部分液流的動(dòng)能變?yōu)閴毫δ?，使之最?jīng)濟(jì)的排出，其下部靠近葉輪處裝有一個(gè)賽龍導(dǎo)軸承。導(dǎo)葉體材質(zhì)為HT200Ni2Cr。

（3）軸承支架：軸承支架內(nèi)裝有賽龍導(dǎo)軸承。軸承支架用以徑向固定賽龍導(dǎo)軸承。軸承支架材質(zhì)為ZG0Cr18Ni12Mo2。

（4）吐出彎管：泵的排水管道，將液體水平排出泵外。吐出彎管材質(zhì)為HT200Ni2Cr。

（5）外接管：泵的殼體和過(guò)流件，它的主要作用是保證泵的平穩(wěn)運(yùn)行，并將輸送液體送出泵外。外接管壁上有輔助陽(yáng)極、參比電極、犧牲陽(yáng)極等防腐保護(hù)裝置，可以有效地防止海水對(duì)泵體的腐蝕破壞作用。外接管的材質(zhì)為HT200Ni2Cr。

（6）葉輪：泵的核心部件，將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能高效地轉(zhuǎn)換成液體的壓力能和速度能。該零件通過(guò)葉輪哈夫鎖環(huán)和鍵在軸上定位。葉輪的材質(zhì)為ZG0Cr18Ni12Mo2Ti。

（7）主軸：共分上、中、下三段，均為實(shí)心軸，它將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能傳遞給葉輪，并將葉輪運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的軸向力傳遞給電機(jī)的推力軸承，軸之間用套筒聯(lián)軸器聯(lián)接。主軸的材質(zhì)為ZG0Cr17Ni12Mo2。

（8）賽龍導(dǎo)軸承：本泵裝有四個(gè)賽龍導(dǎo)軸承用以支承泵軸。賽龍導(dǎo)軸承由鎳鉻鑄鐵基體內(nèi)襯賽龍制成。賽龍材料在有水潤(rùn)滑情況下具有良好的耐磨性和抗蝕性，使用壽命可達(dá)4a，賽龍導(dǎo)軸承可短時(shí)間無(wú)水運(yùn)行（約2min）。

2 設(shè)備振動(dòng)現(xiàn)象及分析

2019年11月，檢查發(fā)現(xiàn)#1機(jī)組#1循環(huán)水泵高速運(yùn)行時(shí)震幅高達(dá)0.18 mm。該泵的異常振動(dòng)給機(jī)組安全運(yùn)行構(gòu)成重大威脅。#1機(jī)#1循環(huán)泵振動(dòng)值>設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)0.07 mm>同型號(hào)循環(huán)水泵振動(dòng)值。通過(guò)檢查其余三臺(tái)循環(huán)泵，振動(dòng)均小于0.08 mm，見表1。

3 振動(dòng)檢查

經(jīng)過(guò)查閱設(shè)備檢修臺(tái)賬，該循環(huán)泵自投產(chǎn)移交以來(lái)，#1循環(huán)水泵振動(dòng)值一直偏高，達(dá)0.08 mm，自電機(jī)改高低速后振幅劇增，高速運(yùn)行下超過(guò)0.16 mm。之前該泵多次因振動(dòng)超標(biāo)停運(yùn)檢修，其中包括兩次葉輪軸外委校直和一次葉輪同原軸做動(dòng)平衡排查，而始終未能解決其高速振動(dòng)大的缺陷，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常投入率和機(jī)組的安全運(yùn)行。

此次振動(dòng)突升，決定對(duì)該泵進(jìn)行徹底排查。

（1）由于該泵的振動(dòng)直接反映在電機(jī)上，因此采用排除法確定振動(dòng)由電機(jī)還是泵引起。經(jīng)檢查，電機(jī)的上導(dǎo)瓦及推力瓦并未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，同時(shí)將導(dǎo)瓦按標(biāo)準(zhǔn)0.12 mm的間隙進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)后試轉(zhuǎn)發(fā)現(xiàn)電機(jī)處振動(dòng)達(dá)0.18 mm。松開電機(jī)與泵的對(duì)輪，單試電機(jī)振動(dòng)只有0.02 mm，初步確認(rèn)振動(dòng)由泵引起。

（2）檢查泵與電機(jī)的中心，圓周上中心最大偏差為0.22 mm，重新調(diào)整中心，控制中心偏差為0.05 mm。同時(shí)對(duì)電機(jī)推力頭絕緣板及電機(jī)空氣間隙復(fù)查，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，試轉(zhuǎn)循環(huán)水泵，電機(jī)導(dǎo)軸承處水平振動(dòng)仍高達(dá)0.20 mm，至此確認(rèn)振動(dòng)由泵引起。

（3）水泵解體。

拆除電機(jī)冷卻水管，松開聯(lián)軸器螺栓，拆除電機(jī)座螺栓，將電機(jī)與底架吊出;

松開聯(lián)軸器鎖緊螺栓，拆卸對(duì)輪;

挖除填料室內(nèi)盤根，拆卸填料室與泵軸護(hù)軸套，并做好標(biāo)記;

拆卸泵蓋螺栓，做好標(biāo)記，吊出吐吶管;

吊出上部主軸將其放置在液控蝶閥坑內(nèi)固定，中部及下部軸及導(dǎo)葉體等用軸承支架臨時(shí)固定在工字鋼上;

拆出中部軸及軸套;

由于葉輪鎖環(huán)定位螺栓有松動(dòng)現(xiàn)象，將導(dǎo)葉體與下部軸承支架用鋼絲繩聯(lián)接后，將下部導(dǎo)葉體與下軸同時(shí)吊出;

對(duì)各套筒聯(lián)軸器進(jìn)行解體拆卸;

對(duì)各賽龍導(dǎo)軸承及軸套進(jìn)行拆卸檢查;

拆卸下主軸和葉輪。

4 缺陷檢查和處理

4.1 葉輪鎖頭螺栓松脫，葉輪鎖頭損壞磨損嚴(yán)重

處理方法：已無(wú)法使用，外委加工制作。

4.2 下部潤(rùn)滑內(nèi)接管已斷裂且有垂直裂紋

處理方法：為了縮短檢修時(shí)間，先采用對(duì)潤(rùn)滑內(nèi)接管進(jìn)行補(bǔ)焊處理，對(duì)斷裂后的兩截潤(rùn)滑內(nèi)接管各增加一個(gè)法蘭，潤(rùn)滑內(nèi)接管與法蘭焊接后上車床加工，確保法蘭兩側(cè)平行度及與管中心的垂直度。同時(shí)考慮到機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性，委托泵生產(chǎn)廠家重新加工一個(gè)潤(rùn)滑內(nèi)接管，待下次檢修時(shí)更換。

4.3 導(dǎo)葉體有3條螺栓滑絲，一條螺栓斷在內(nèi)部無(wú)法取出，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)具無(wú)法處理

處理方法：外委加工處理，對(duì)滑絲螺栓部位及斷裂螺栓進(jìn)行擴(kuò)孔，并重新攻絲為M24。同時(shí)配制為M24變M20的大小頭螺栓。

4.4 葉輪磨損并產(chǎn)生兩條裂紋

處理方法：現(xiàn)場(chǎng)焊接至大于設(shè)計(jì)尺寸后，外委立式車床加工到設(shè)計(jì)尺寸，并進(jìn)行平衡檢查確認(rèn)符合要求，見圖1。

4.5 所有彈簧墊片均采用65Mn，無(wú)法滿足防腐要求

處理方法：重新加工耐海水不銹鋼鎖緊墊片，并在導(dǎo)流片接管處增加6個(gè)陰極保護(hù)塊，同時(shí)在轉(zhuǎn)軸上增加轉(zhuǎn)子接地防腐裝置。

4.6 上部賽龍導(dǎo)軸承、軸套及下部賽龍導(dǎo)軸承、軸套磨損較大

處理方法：更換新的賽龍導(dǎo)軸承、軸套。

4.7 導(dǎo)葉片根部有三處裂紋

處理方法：磨去裂紋，補(bǔ)焊。

4.8 對(duì)轉(zhuǎn)軸彎曲度進(jìn)行測(cè)量檢查

因下部軸系存在的磨擦痕跡，一并進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)合金件進(jìn)行光譜檢查。

4.9 將泵池內(nèi)抽凈水，清理雜物

確認(rèn)各拆解下的部件合格后進(jìn)行回裝作業(yè)，按解體水泵逆向順序組裝泵體，見圖2。

5 原因分析

5.1 循環(huán)水泵最初選型時(shí)未考慮到實(shí)際工況的不同

對(duì)關(guān)鍵部件的材料選擇不符合實(shí)際要求，該泵工作介質(zhì)為海水，而該葉輪鎖頭螺栓防松裝置采用65Mn彈簧墊圈，由于65Mn不能長(zhǎng)期承受海水腐蝕，容易引起彈簧墊圈腐蝕變松，失去防松作用并脫落，造成螺栓脫落，葉輪鎖頭落入水中。在水流的作用下，葉輪鎖頭在導(dǎo)葉體內(nèi)撞擊葉輪及導(dǎo)葉體，造成葉輪變形，葉輪鎖頭法蘭被磨損、斷裂。

（1）脫落的螺栓及葉輪鎖頭法蘭等在泵體內(nèi)卡在葉輪與筒體之間，造成葉輪磨損。

（2）由于部分雜物進(jìn)入賽龍導(dǎo)軸承內(nèi)，造成軸承與軸套磨擦，對(duì)潤(rùn)滑內(nèi)接筒形成外力，使?jié)櫥瑑?nèi)接筒產(chǎn)生扭矩。該連接筒為焊接結(jié)構(gòu)，在承受扭矩和振動(dòng)的作用下斷裂磨損。

（3）外筒體自下而上由入口喇叭、接管A、出口管、接管B四部分組成，直徑2 600 mm，長(zhǎng)度14 550 mm，筒體壁厚20 mm。由于其長(zhǎng)期處于懸空狀態(tài)，且四周無(wú)任何剛性支撐，直接造成葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)外筒體得不到有效支撐而同轉(zhuǎn)子一同共振。

（4）泵體排汽閥選型與實(shí)際工況也不相符，實(shí)際為清水型，而該泵工作介質(zhì)為海水，造成排汽閥腐蝕卡澀活動(dòng)不靈活，導(dǎo)致泵內(nèi)氣體不能完全排出，也引起了一定振動(dòng)和噪音。

6 設(shè)備改進(jìn)方案

明確了該循環(huán)泵振動(dòng)大故障的主要原因，為避免同類型的泵引起類似的故障，建議從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)：

（1）由于四臺(tái)循環(huán)水泵內(nèi)彈簧墊圈均采用65Mn，不能承受海水腐蝕，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況對(duì)其他三臺(tái)泵進(jìn)行檢查，對(duì)彈簧墊圈部位改用耐海水不銹鋼防松墊片。

（2）在外筒體加裝方鋼支撐，以加強(qiáng)外筒體支撐剛性，從而消除外筒體剛度不夠引發(fā)的振動(dòng)。在泵筒體據(jù)坑底5.5 m高度正東、正南、正西三方向水泥墻體上各打8個(gè)M30膨脹釘，固定20 mm厚鋼板，并在與其水平位置相對(duì)應(yīng)的外筒體之間加裝200 mm方鋼焊接支撐。

技術(shù)要求：尺寸、位置要求精準(zhǔn)，南北、東西架表確保筒體不發(fā)生焊接后熱縮變形、筒體位移。

（3）泵體排汽閥為清水型，不能滿足使用要求，建議全部更換為海水型排汽閥。

（4）為了滿足防腐要求，建議在其他三臺(tái)泵導(dǎo)流片接管外側(cè)增加8個(gè)陰極防腐塊，以保護(hù)導(dǎo)流片。同時(shí)增加轉(zhuǎn)子接地防腐裝置，對(duì)軸系及其緊固螺栓等零部件進(jìn)行防腐。

7 修后效果

對(duì)該公司#1循環(huán)水泵進(jìn)行系統(tǒng)檢查及檢修措施實(shí)施后，軸承振動(dòng)良好，高速時(shí)震幅0.06 mm，沒有再出現(xiàn)過(guò)振動(dòng)異常的情況。經(jīng)過(guò)本次的檢修，保證了循環(huán)泵重要輔機(jī)的安全運(yùn)行，確保了機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同時(shí)設(shè)備完好率得以提高，極大降低檢修人員勞動(dòng)強(qiáng)度及運(yùn)行值班員的監(jiān)控壓力。

8 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2200KLA-18.5型循環(huán)水泵在介質(zhì)為海水的應(yīng)用條件下根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行分析，找出引起設(shè)備振動(dòng)的主要原因，針對(duì)性地進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，解決了振動(dòng)大的缺陷，為設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)也為同類型設(shè)備的檢修及故障預(yù)防提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡念蘇.汽輪機(jī)設(shè)備及系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.