350 MW機組電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)

0 引言

某火力發(fā)電廠5，6 號機均為容量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，均配備2 套50 %容量的汽泵組及1 套50 %容量的電泵組，其中機組正常運行時投入2 套汽泵組運行，電泵組作為機組啟停時的啟動給水泵組以及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YKND400/300 型電泵前置泵、1 臺TKS-6500-4 型 驅(qū)動 電 機、1 臺R16k550.1型調(diào)速液力耦合器和1 臺FK6F32-K 型給水泵串聯(lián)安裝組成，共用1 臺電機驅(qū)動。電泵組設(shè)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軸承、電機軸承、液力耦合器軸承和給水泵軸承提供潤滑油；還設(shè)置1 臺工作油泵，用來向液力耦合器提供工作油。

5，6 號機電泵前置泵軸與電機軸均采用膜片式聯(lián)軸器聯(lián)接，液力耦合器輸出軸與給水泵軸均采用膜片式聯(lián)軸器聯(lián)接。電機軸與液力耦合器輸入軸聯(lián)接方式則不同，5 號機采用的是剛性聯(lián)軸器聯(lián)接，6 號機采用的是齒式聯(lián)軸器聯(lián)接。

5，6 號機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(shè)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，該機械密封的彈簧設(shè)計總壓縮量為6 mm，預(yù)壓縮量為2.5 mm。

1 故障問題

1.1 前置泵振動大

5 號機電泵組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，因該泵額定轉(zhuǎn)速為1 485 r/min，合格標準要求振幅小于0.08 mm。

1.2 前置泵密封漏水

在5 號爐的一次水壓試驗中，5 號機電泵組運行時突發(fā)電泵前置泵驅(qū)動端和非驅(qū)動端的機械密封漏水及推力瓦運行溫度急劇升高現(xiàn)象，最高達90 ℃，嚴重超標，電泵組被迫停運檢修，導(dǎo)致該次5 號爐水壓試驗被迫中斷。

1.3 潤滑油故障

6 號機電泵組輔助潤滑油泵和潤滑油泵泵出的潤滑油一度無法進入電泵前置泵驅(qū)動端軸瓦和油室內(nèi)，通過軸瓦油室出油觀察窗發(fā)現(xiàn)無潤滑油排出。

每次電泵組投入運行前，只能依靠人工通過軸瓦油室上蓋頂部加油孔，向軸瓦油室內(nèi)加入足夠潤滑油。電泵組投入運行后，電泵前置泵驅(qū)動端軸瓦油室內(nèi)潤滑油通過甩油環(huán)甩入軸瓦來潤滑冷卻軸瓦，以維持電泵前置泵運行。

然而，隨著電泵前置泵的持續(xù)運行，電泵前置泵驅(qū)動端軸瓦油室內(nèi)潤滑油卻逐漸減少，油位計顯示油位逐漸下降。當油位降至10 mm 位置時，發(fā)現(xiàn)甩油環(huán)無油甩入軸瓦，而人工加一次潤滑油只能維持電泵前置泵運行50 min 左右。因此，歷次電泵組投入運行時，需設(shè)專人監(jiān)視電泵前置泵驅(qū)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，每間隔40 min 要人工添加一次潤滑油，才能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。

1.4 液力耦合器油溫超標

6 號機電泵組運行中，突發(fā)液力耦合器工作油溫度不斷升高，最高達到了110 ℃，嚴重超標，而且具有迅速上升的趨勢；此外，液力耦合器無法使給水泵帶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。好在液力耦合器各軸承運行溫度最高為72 ℃左右，屬正常范圍。為防止工作油溫度過高導(dǎo)致液力耦合器損壞無法投用，電泵組被迫退出運行和備用，并進一步檢修液力耦合器。

1.5 液力耦合器主油泵斜齒輪損壞

6 號機電泵組的液力耦合器內(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。

2 原因分析

2.1 前置泵振動大與密封漏水分析

經(jīng)全面檢查，5 號機電泵組及其電泵前置泵存在振動大和密封漏水問題，究其原因如下。

(1) 泵側(cè)靠背輪與泵軸配合間隙為0.30 mm，嚴重超標，二者配合過松，用手輕輕推拉該靠背輪就可以在泵軸上軸向移動，不符合質(zhì)量標準，質(zhì)量標準要求泵側(cè)靠背輪與泵軸配合間隙為0.03 mm，因此導(dǎo)致運行中電泵前置泵與電機聯(lián)軸器失穩(wěn)。

(2) 前置泵轉(zhuǎn)子總串動量為10 mm，符合標準，但查得泵轉(zhuǎn)子工作串動量為2.2 mm，泵轉(zhuǎn)子定位向非驅(qū)動端偏離了2.8 mm，這導(dǎo)致葉輪出口未完全對準泵體出口，造成泵側(cè)靠背輪與電機側(cè)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，而質(zhì)量標準要求小于0.5 mm，因此屬于嚴重超標，導(dǎo)致泵轉(zhuǎn)子向驅(qū)動端串動了3 mm，驅(qū)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(dǎo)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。

(3) 前置泵側(cè)靠背輪與電機側(cè)靠背輪中心偏差嚴重超標，相對于電機側(cè)靠背輪中心向南偏差了0.96 mm，向下低了0.27 mm；泵側(cè)靠背輪與電機側(cè)靠背輪之間北側(cè)張口為0.01 mm，下張口為0.09 mm，合格標準是泵側(cè)靠背輪與電機側(cè)靠背輪中心偏差小于0.05 mm，張口小于0.05 mm。

(4) 推力軸承裝置推力盤的軸螺母振動松脫，使得推力盤失去軸向定位，并引起推力盤端面跳度增大超標，且泵軸與泵側(cè)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(qū)動端時，非驅(qū)動端推力瓦承受軸向推力，加上泵體振動很大，導(dǎo)致非驅(qū)動端側(cè)推力瓦油膜被破壞，該側(cè)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(qū)動端推力瓦嚴重磨損，其厚度減薄了0.5 mm，使得推力間隙增大了0.5 mm，泵軸向非驅(qū)動端多串0.5 mm，導(dǎo)致非驅(qū)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，動靜環(huán)運行中出現(xiàn)摩擦發(fā)熱。

(5) 電泵持續(xù)強振動導(dǎo)致驅(qū)動端機械密封動靜環(huán)嚴重磨損，其中動環(huán)開裂，彈簧組的12 只彈簧嚴重壓縮變形損壞；非驅(qū)動端機械密封靜環(huán)破損，加上泵轉(zhuǎn)子向非驅(qū)動端多串動0.5 mm 使得動靜環(huán)接觸緊力減小，導(dǎo)致漏水量相應(yīng)增大。

2.2 潤滑油故障分析

(1) 軸承室進油口處無異常。拆卸檢查6 號機電泵前置泵驅(qū)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。

(2) 未裝軸瓦防轉(zhuǎn)定位銷致軸承油室缺乏供油能力。檢查該泵驅(qū)動端軸承裝置，查得軸瓦防轉(zhuǎn)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(dǎo)致軸承室下方潤滑油進油孔與下軸瓦的潤滑油進油孔未對準，且完全錯開，潤滑油無法進入軸瓦內(nèi)潤滑冷卻，軸承室出油管口處有大量膠質(zhì)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，故電泵組潤滑油系統(tǒng)走油循環(huán)時，電泵前置泵驅(qū)動端軸承油室無潤滑油進入，且無潤滑油排出。

針對電泵前置泵驅(qū)動端軸瓦缺少潤滑油的問題，之前采取的措施是在電泵前置泵驅(qū)動端軸承油室出油管口基本堵塞的情況下，歷次電泵組投入運行前向軸承油室內(nèi)加入足夠潤滑油，利用甩油環(huán)向軸瓦提供潤滑油。油位只能加載至在油位計的2/3位置以防潤滑油從軸承油室油擋溢出。驅(qū)動端軸承室出油管口基本堵塞，但仍能排出微量潤滑油，故隨著電泵組持續(xù)運行，加入電泵前置泵驅(qū)動端軸承室內(nèi)的潤滑油會緩慢減少。為防止發(fā)生軸瓦缺油燒毀事故，每間隔40 min 補一次油，確保電泵前置泵驅(qū)動端軸承室油位始終維持在正常范圍內(nèi)。

2.3 液力耦合器油溫超標故障分析

針對6 號機電泵組液力耦合器工作油運行溫度過高的現(xiàn)象，對液力耦合器開展檢查分析如下。

(1) 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，均處于0.354～0.568 mm的合格范圍內(nèi)。

(2) 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，均合格。

(3) 液力耦合器工作油系統(tǒng)所有密封件均完好無損，勺管在套管內(nèi)行程120 mm，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。

(4) 工作油冷油器冷卻管無結(jié)垢現(xiàn)象，且冷油器冷卻水為閉式除鹽水，品質(zhì)合格；冷卻水進水溫度及流量均正常；液力耦合器運行中，工作油冷油器進、出油溫度正常，進油溫度110 ℃，出油溫度62 ℃，但2 個易熔塞有均勻小部分熔化，漏油孔均開通了10 %左右，工作腔內(nèi)工作油可從此處泄漏。

結(jié)合以上情況可知，6 號機電泵組液力耦合器易熔塞質(zhì)量不過關(guān)，原因是工作油的運行溫度最高110 ℃，未達到易熔塞160 ℃設(shè)計熔化溫度，實際上工作油溫升高到80 ℃左右時，易熔塞焊料就出現(xiàn)了部分熔化，導(dǎo)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熔化處泄漏排出回到油箱，以致旋轉(zhuǎn)腔內(nèi)工作油量相應(yīng)偏少，引起工作油溫快速升高并超標，以致無法維持液力耦合器正常運行。

2.4 液力耦合器主油泵斜齒輪損壞分析

因6 號機電泵前置泵側(cè)軸瓦和液力耦合器側(cè)軸瓦均在與各自的軸承座之間及軸承上蓋之間的聯(lián)接處裝有絕緣膜片，各軸承座與其進、出油管聯(lián)接處作了絕緣處理，故電機轉(zhuǎn)軸、軸承座和基礎(chǔ)未構(gòu)成閉合回路；而液力耦合器、給水泵、前置泵均未作避免軸電流損害的絕緣處理，導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器、液力耦合器、給水泵、前置泵及這些設(shè)備基礎(chǔ)形成若干閉合回路，使這些閉合回路處在交變磁場中，從而使電機產(chǎn)生了較大軸電流。

最易被較大軸電流損壞的是液力耦合器內(nèi)的各齒輪，因為齒輪運行中在嚙合及分離瞬間會產(chǎn)生電弧放電，齒表面會遭到電擊損傷，使齒面硬度降低，造成齒輪快速磨損。

因此，主油泵的傳動主、從動斜齒輪嚴重磨損損壞的原因是油泵的傳動主、從動斜齒輪很薄，厚度均為20 mm，輪齒高度為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，以致兩齒輪嚙合部位油膜很薄，易產(chǎn)生電弧引起電擊損傷齒表面，導(dǎo)致齒面硬度降低，齒輪迅速磨損損壞。而液力耦合器內(nèi)增速齒輪表面無電擊損傷原因是增速齒輪很厚，輪齒很寬，也很高，潤滑油噴射到齒輪嚙合部位，能積存較多的潤滑油，兩嚙合輪齒間油膜很厚，不易產(chǎn)生電弧。

3 對策措施

(1) 分別更換5 號機電泵前置泵驅(qū)動端機械密封和非驅(qū)動端機械密封的動靜環(huán)及各密封圈。

(2) 在5 號機電泵前置推力盤前加裝2.8 mm厚的調(diào)整墊圈，將泵轉(zhuǎn)子工作串動量調(diào)整至5 mm，泵轉(zhuǎn)子軸向定位向驅(qū)動端調(diào)整2.8 mm，不僅可使葉輪出口完全對準泵體出口，還可解決泵側(cè)靠背輪與電機側(cè)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3 mm 的問題，調(diào)整后總尺寸僅大了0.2 mm，符合小于0.5 mm 的標準范圍，且聯(lián)軸器中間短節(jié)及2 塊膜片均能裝入泵側(cè)靠背輪與電機側(cè)靠背輪之間。

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

(4) 更換5 號機電泵前置泵泵側(cè)靠背輪，使泵軸與靠背輪配合緊力為0.03 mm，以解決泵側(cè)靠背輪與泵軸配合松動的問題。

(5) 調(diào)整5 號機電泵前置泵靠背輪與電機靠背輪中心至合格范圍，調(diào)整后中心最大偏差為0.01 mm，最大張口為0.01 mm，達到中心最大偏差及最大張口均小于0.05 mm 的合格范圍。

(6) 清洗6 號機電泵前置泵驅(qū)動端軸承室及出油管口處大量膠質(zhì)狀油垢；配制安裝軸瓦防轉(zhuǎn)銷，以防止軸瓦安裝位置發(fā)生變化；按檢修質(zhì)量標準復(fù)裝驅(qū)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(qū)動端軸瓦潤滑油進油暢通，進油量正常，防止缺油。

(7) 更換6 號機電泵組液力耦合器的易熔塞，新易熔塞設(shè)計熔化溫度160 ℃，符合技術(shù)要求。

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

(9) 使6 號機電泵組軸電流降至極微小，消除該電泵組電機三相不平衡故障，保證不會對液力耦合器內(nèi)各齒輪造成損傷。

(10) 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)，而是改裝帶絕緣的中間短節(jié)，使電機轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器、液力耦合器、給水泵、前置泵和這些設(shè)備基礎(chǔ)不能形成若干閉合回路，以防再次發(fā)生液力耦合器內(nèi)主油泵傳動主、從動斜齒輪被電擊損壞的事件。

4 結(jié)束語

上述對策措施實施后，5 號機電泵前置泵保持運行正常，且運行中振動正常，最大振幅為0.025 mm，推力軸承運行溫度始終維持34 ℃左右的合格水平，驅(qū)動端機械密封和非驅(qū)動端機械密封未再發(fā)生過漏水現(xiàn)象，為5 號機電泵組和5 號機組的安全、經(jīng)濟的運行提供了保障。

6 號機電泵組在實施相關(guān)措施后投入試運行、備用及運行時，均能觀察到驅(qū)動端軸瓦和軸承油室始終有潤滑油進、出，且驅(qū)動端軸承油室油位始終正常，前置泵驅(qū)動端軸瓦最高運行溫度為32 ℃，處于合格范圍內(nèi)，且不再需要人工加油，從而減少了人工維護工作量。檢查6 號機電泵組歷次投運記錄，發(fā)現(xiàn)液力耦合器工作油量正常，工作油最高運行溫度維持在78 ℃左右；2 個易熔塞完好，工作油冷油器進口油溫78 ℃左右；出油溫度38 ℃左右；液力耦合器能使給水泵帶至100 %負荷運行，且油泵的主、從動驅(qū)動斜齒輪完好無損。

相關(guān)措施的實施，有效保證了5，6 號機的安全經(jīng)濟運行。