淺析秦山第二核電廠熱水循環(huán)泵軸承燒毀事件

劉德軍　代巍巍　侯志華　郭藝輝

摘要：文章論述了秦山第二核電廠SES熱水循環(huán)泵軸承燒毀故障的原因分析，通過現(xiàn)象分析和理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)是軸向力過大導(dǎo)致的軸承燒毀，最終通過改進(jìn)葉輪平衡孔的尺寸減小了軸向力，解決了該水泵的軸承燒毀缺陷。文章對(duì)葉輪的軸向力進(jìn)行了計(jì)算，有助于提高檢修人員對(duì)水泵軸向力的認(rèn)知和檢修能力。

關(guān)鍵詞：核電廠；熱水循環(huán)泵；軸承燒毀；葉輪；軸向力；平衡孔 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM623 文章編號(hào)：1009-2374（2015）22-0137-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.067

1 概述

秦山第二核電廠SES（熱水生產(chǎn)系統(tǒng)）系統(tǒng)以95℃的熱水，向核島及常規(guī)島用戶供熱。SES系統(tǒng)由兩臺(tái)熱水循環(huán)泵運(yùn)行維持恒定的循環(huán)水量。熱水循環(huán)泵型號(hào)為SB-X125-100-230，是臥式單級(jí)離心泵。2013年12月、2014年9月和2014年12月1SES201PO熱水泵連續(xù)三次軸承燒毀。嚴(yán)重影響了該系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

筆者介入分析前，檢修人員已對(duì)水泵基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整，并改造了軸承的潤(rùn)滑系統(tǒng)，排除了基礎(chǔ)振動(dòng)和潤(rùn)滑不良以及軸承本身制造缺陷等的可能，但仍然無法有效解決該泵的軸承燒毀問題。

本文作者對(duì)燒毀原因進(jìn)行了分析，經(jīng)過理論計(jì)算驗(yàn)證了軸承燒毀的根本原因是口環(huán)間隙過大導(dǎo)致葉輪平衡孔無法有效平衡軸向力，軸向力過大導(dǎo)致軸承磨損燒毀，最終通過增大葉輪平衡孔直徑以減少軸向力解決了該泵的缺陷，并結(jié)合實(shí)際，提出后續(xù)對(duì)軸承進(jìn)行換型的方法，以從根本上解決此問題。

2 缺陷分析及問題處理

該泵是臥式單級(jí)離心泵，型號(hào)為SB-X125-100-230。采用兩個(gè)脂潤(rùn)滑的深溝球軸承支撐。葉輪根部有7個(gè)均布的平衡孔來平衡軸向力。使用機(jī)械密封，使用彈性塊聯(lián)軸器。靠背輪與軸使用鍵傳動(dòng)。

三次損壞均是軸承完全燒毀。檢查發(fā)現(xiàn)泵側(cè)聯(lián)軸器端面磨損（經(jīng)測(cè)量深約2mm），驅(qū)動(dòng)端軸承端蓋磨損，聯(lián)軸器無松動(dòng)；解體軸承箱，發(fā)現(xiàn)泵軸整體位移（經(jīng)測(cè)量約9mm），非驅(qū)動(dòng)端軸承保持架變形、滾動(dòng)體磨損，驅(qū)動(dòng)端軸承損壞，泵軸燒損，非驅(qū)動(dòng)端軸承端蓋磨損；檢查葉輪，未見明顯擦痕；電機(jī)無明顯異常。

檢修人員經(jīng)過分析認(rèn)為有以下可能原因：軸承本身質(zhì)量問題、軸承潤(rùn)滑不良、系統(tǒng)波動(dòng)導(dǎo)致泵瞬態(tài)變化、振動(dòng)導(dǎo)致?lián)p壞、軸向力過大。在筆者介入分析之前，檢修人員已經(jīng)安排了熟練技工進(jìn)行檢修，將原先的SKF6306深溝球軸承更換成自身帶有防塵蓋的SKF6306-2Z軸承，以改善其潤(rùn)滑條件，并對(duì)軸承支座進(jìn)行復(fù)核，以排除支座振動(dòng)等問題。且前面幾次檢修后設(shè)備再鑒定時(shí)并未發(fā)現(xiàn)有振動(dòng)過大的現(xiàn)象，故排除振動(dòng)原因。

從軸承保持架斷裂和靠背輪與軸承箱的摩擦上分析，顯然轉(zhuǎn)子部件往葉輪方向竄動(dòng)很大。竄動(dòng)的原因既已排除了軸承本身故障，顯然軸向力是一個(gè)重要因素。且SKF6306軸承是深溝球軸承，本身并不能承受較大的軸向力載荷。故筆者對(duì)軸向力進(jìn)行了計(jì)算：

很顯然，不平衡力非常大，且由于軸承是非推力軸承，難以承受大量的軸向力，故軸承很容易損壞甚至燒毀。進(jìn)而導(dǎo)致葉輪竄動(dòng)，導(dǎo)致水泵動(dòng)靜磨損。

一般來說，平衡孔的面積是口環(huán)間隙過流面積的5～8倍，該泵的平衡孔面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到口環(huán)間隙的5倍，故平衡孔很難起到實(shí)際的作用。根據(jù)GB/T 16907-1997離心泵技術(shù)條件，直徑在125～150mm的，動(dòng)靜密封處的最小直徑間隙為0.43mm。超過150mm的增加0.025mm。SES熱水泵的口環(huán)出直徑159mm，其最小直徑間隙為0.43+0.025=0.455mm。考慮到該泵的口環(huán)直徑間隙1.25mm比較大，建議更換葉輪。新葉輪口環(huán)直徑間隙0.8mm，幾乎是標(biāo)準(zhǔn)的直徑間隙的2倍，且該間隙無法通過檢修調(diào)整。

新葉輪自帶的平衡孔尺寸6.2mm，比舊葉輪的5.04mm大。下面計(jì)算新葉輪的軸向力：

計(jì)算勢(shì)揚(yáng)程Hp如下：

ηn=0.8667；Ht=72.69m；U2=45.48m/s；Hp=60.17

密封間隙阻力系數(shù)：

密封間隙過流面積：

Fm=0.159*3.14*0.0004=1.997*10-4m2

平衡孔總面積：

平衡孔總面積線速度：

取平衡孔阻力系數(shù)ζb=2

平衡孔的泄露量：

泄露量占比：

平衡孔的平衡力：

可見新的平衡孔比舊平衡孔的平衡力大了許多。但對(duì)于總的軸向力來說，仍然不足50%。

工程師對(duì)平衡孔擴(kuò)孔的可能進(jìn)行了計(jì)算，最終若將平衡孔直徑d擴(kuò)成10mm，其平衡力A1=5296N，擴(kuò)孔后，若不考慮平衡反力，剩余軸向力A剩余=A1-A1=2515N，若考慮平衡反力，則剩余軸向力還會(huì)小一些。

平衡孔擴(kuò)大后會(huì)影響回流的流量，且擴(kuò)大到一定程度之后平衡孔兩側(cè)壓力趨向一致，其平衡效果的增加就不明顯了。平衡孔擴(kuò)成10mm是一個(gè)比較優(yōu)良的值，其軸向力平衡變成了原先的6倍左右。筆者也對(duì)平衡孔再擴(kuò)大進(jìn)行了計(jì)算，從10mm增加到12mm，其軸向力平衡僅僅增加了幾百牛，效果已經(jīng)不明顯了，但是會(huì)增大流量損失，故檢修人員將平衡孔擴(kuò)孔至10mm。

3 處理結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確認(rèn)是軸向力過大引起的軸承磨損后燒毀。檢修人員將新葉輪的平衡孔擴(kuò)孔至10mm。再鑒定時(shí)一次成功，設(shè)備振動(dòng)參數(shù)良好。至筆者發(fā)稿日時(shí)該泵仍然穩(wěn)定運(yùn)行。但是該泵的深溝球軸承不能承受較大的軸向力，且以后更換葉輪或者口環(huán)磨損之后又難免會(huì)造成軸向力的增大。筆者建議后續(xù)對(duì)泵軸承進(jìn)行改造，改造成可承受軸向力的角接觸球軸承可確保無憂。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)SES熱水泵的軸承燒毀故障進(jìn)行分析，通過理論計(jì)算結(jié)合實(shí)際推理的方法判斷出軸向力過大的根本原因，并通過理論計(jì)算對(duì)平衡孔進(jìn)行擴(kuò)孔，最終解決了軸承燒毀問題。并根據(jù)該泵的實(shí)際情況，提出了最終解決該問題的建議。檢修工程師應(yīng)掌握設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一定理論基礎(chǔ)，本文的工程經(jīng)驗(yàn)有利于提高檢修人員對(duì)水泵軸向力的認(rèn)知并提高檢修水平。

作者簡(jiǎn)介：劉德軍（1982-），男，浙江江山人，中核核電運(yùn)行管理有限公司工程師，研究方向：核電廠主泵。

（責(zé)任編輯：蔣建華）