沿海斜流式循環水泵葉輪開裂原因分析及處理措施

余鑄忠

（浙江大唐烏沙山發電有限責任公司，浙江寧波315722）

近年來，我國沿海各大容量、高參數火力發電機組持續投產，極大支撐和保證了沿海地域的經濟發展；同時，由于安裝質量、部件材質和結構設計等原因產生的循環水泵葉輪開裂等缺陷，造成機組限負荷甚至非正常停機的現象也在逐年增多，很大程度上決定著機組運行的可靠性，甚至影響著電網供電的穩定性。

沿海電廠循環水泵目前較為常見的是采用典型的88LKXB-19型立式單級單吸導葉式、內體可抽出式斜流泵，冬季一用一備，夏季同時開啟，提供充足循環水量，保證機組的安全可靠和經濟穩定運行。筆者通過該類型循環水泵運行狀況和解體現象的論證分析，歸納葉輪開裂的主要原因，總結消除葉輪開裂的具體措施。

1 設備概況

循環水泵的作用是向凝汽器、閉式循環冷卻水熱交換器和水環機械真空泵冷卻器供給冷卻水，其工作特點是冷卻水量大、壓力低，故要求循環水泵具有大流量、低揚程的特性，屬高比轉速泵［1］。88LKXB-19型立式單級單吸導葉式、內體可抽出式斜流泵（見圖1）有以下特點：（1）體積小、質量輕，水泵占地面積小，啟動前無需灌水；（2）效率高，泵效率可達到83%～90%；（3）水泵為單支座布置，水泵與電機直連，安裝在同一基礎上，泵體安裝在濕式泵坑內；（4）水泵轉動部件為可抽芯式，且具有互換性，在維護或更換轉動部件時無需拆卸水泵外殼；（5）汽蝕性能好，安全可靠，使用壽命長。鑒于以上特點，當前沿海較多電廠選用該類型循環水泵。

圖1 88LKXB-19型立式單級單吸導葉式、內體可抽出式斜流泵簡圖

某電廠機組投產后，陸續有循環水泵表現出振動大、泵內有異常噪聲等問題，先后對現象異常的循環水泵進行解體檢查，發現泵的葉輪出現不同程度開裂，同時伴有軸承支架全部損壞、內接管斷裂、泵軸不同程度彎曲、軸套偏磨等現象，見圖2和圖3。

圖2 軸套偏磨嚴重

圖3 葉輪葉片開裂

2 循環水泵劣化原因分析

結合解體后設備出現缺陷的現象和相關數據，分析葉輪出現裂紋主要有以下原因：

（1）安裝設計方面：設備安裝質量差，在運行過程中增加了泵振動的不穩定性，從而加快了葉輪的劣化速率。聯軸器與軸承配合處的嚴重偏磨，最大處偏差可達到0.18mm，分析水泵安裝時導軸承中心與泵軸中心偏差較大，甚至出現外筒體偏斜，臺板澆注不符合規定等問題，造成泵振動大，從而引發葉輪開裂。

（2）部件材質方面：①經查閱技術資料及金屬材質光譜分析，該類型循環水泵葉輪材質均為ZG0Cr18Ni12Mo2Ti。此材料為國產合金鑄鋼件，屬于不銹耐酸鋼整體鑄造成型件。由于鑄件晶粒粗大，組織疏松，含氣孔、夾雜等缺陷的現象較多，容易由于材質劣化而引起葉輪開裂。②葉輪由于海水長時間腐蝕，局部形成表面龜裂紋，經打磨后無法徹底消除，為葉輪劣化留下隱患。由于海水中可溶性鹽垢吸收水后成為了電解質，對葉輪造成電化學腐蝕，當腐蝕發展到一定程度后，形成疲勞裂紋源，最終導致葉輪斷裂。③零部件材料不匹配造成導葉體等腐蝕，使得振動增大，加速葉輪開裂，其中吸入喇叭管、葉輪、導葉體、內外接管、軸承支架、內彎板和固定件等，所用材料（見表1）耐腐蝕性能差別很大，形成電位差，引起電化學腐蝕。

表1 88LKXB-19型水泵零部件材質

（3）結構設計方面：①采用滑動聯接軸套降低了軸系剛性。泵有4根軸，軸數較多，且兩軸之間采用聯接軸套進行聯接，造成轉子剛度不夠；同時，為了便于聯接軸套的拆卸和安裝，聯接套筒與泵軸之間采用的是間隙配合，不能保證聯接形成剛性軸系，降低了轉子的剛性，促發振動加大，引起葉輪開裂。②軸承位置不適當影響了轉子剛性。導葉體部位的1個軸承離葉輪較遠，擴大了轉子的懸臂比，而且軸承的長徑比太小，不能有效限制轉子運轉時產生的巨大的反動力，削弱了軸承支承力的作用；2個中間軸承離軸聯接套筒較遠，這樣2根軸聯接處沒有得到有效約束，不能有效約束轉子的晃動，使得振動加大，引發葉輪開裂。③內殼體結構缺陷造成機組損壞。該泵為抽芯式雙殼體結構，中間軸承支架通過大圓環與外筒體內壁進行配合，無法實現精確定位；同時，軸承支架大圓環與軸承中心力臂較大，在自身重力等作用下，使得軸承支架大圓環產生偏斜，導致軸承偏磨，振動加劇。

3 循環水泵劣化處理措施

鑒于對葉輪劣化原因的分析，確定采取以下措施，減緩葉輪開裂的趨勢。

3.1 轉子部套

（1）泵軸：4根軸頸鍍鉻層由于發生電化學腐蝕及鍍鉻層超厚，形成應力集中剝落，采取打磨并重新鍍鉻。先將其軸頸削車加工直徑縮小1.5mm，然后鍍鉻，控制鍍鉻層厚度 0.07～0.08mm。

（2）泵聯軸器：選配新套筒聯軸器，按實際泵軸尺寸適配（H7／h6），材質為雙相鋼。

（3）軸套：選用新軸套，材質為雙相鋼；軸套固定螺釘，材質為雙相鋼；在軸配合的相應部位鉆制凹坑，螺釘旋入，螺釘沖全印防松。

（4）葉輪：條件允許下更換為新鍛造葉輪，若使用劣化葉輪則對斷裂處采用雙面補焊；同時對汽蝕及沖刷損壞區挖補后，磨平，焊后做滲透檢測（PT）、超聲波檢測（UT），在200r／min轉速下葉輪動平衡要求為100g。

3.2 靜子部套

（1）軸承支架與外筒體配合：重新車配，外接管在機床上以配合止口圓周、結合面與配合止口為基準，檢查軸承支架配合處跳動，并車圓；軸承支架焊縫做PT檢查，外筒體按H8／f9配合間隙；將軸承支架六個支點處挖去1.5～2mm、堆焊并以支架內孔為基準車床加工；軸承支架中心部套兩側端面對軸線跳動≤0.05mm；保持導流體在垂直狀態，導流體上部與外筒體配合H8／f9。

（2）內接管A／B／C／D／E：重新車配內接管法蘭端面及導軸承與軸線垂直度檢查，在專用芯軸上，兩端面對軸線跳動≤0.05mm。止口配合按H6／h5，內接管法蘭螺栓更換316材質螺栓。

3.3 部套防腐

（1）所有設備需防腐，要求表面去除銹跡見金屬光澤，采用厚漿型環氧煤瀝青防海生物防腐涂料，防腐層為四層，總體干膜厚度≥400μm。

（2）犧牲陽極：更換犧牲陽極保護塊，修理調試陰極保護裝置，保證保護裝置能隨機正常使用。

3.4 技術改造

（1）導軸承：軸承材質優化為賽龍GM2401；基體采用316L材質；螺栓采用316L材質；最下端軸承將直線形冷卻水槽改為L形，在底部去除50mm，增加阻水邊。

（2）增加軸承沖洗水系統：從填料函處開孔，將內接管原軸承冷卻孔用相同材質封堵，增加管道泵、濾網，通入優質軸承沖洗水。

3.5 安裝控制

（1）注意安裝質量，確保子母口對接，調整軸系中心、外筒體中心、內接管中心的偏差≤0.05mm。

（2）確保填料函，二只軸承支架，下軸承中心在同一直線上后，外筒體法蘭及泵蓋，1∶50錐銷定位，防止相對位置發生變化。

（3）通過增減水平臺板墊片，調整外筒體垂直度和臺板水平度。

（4）校正測點，及時校驗泵組在線測振裝置，保證監督數據的代表性和準確性。

4 循環水泵劣化處理結果

結合機組大修進行優化處理，并在處理過程中重點做好技術數據及檢修工藝管控，設置關鍵質量驗收點，實現了全過程質量管理。具體改造效果見表2。

表2 改造前后振動對比 mm

該類型水泵經過優化處理后，設備總體投運較為穩定，避免了由于循環水泵退出運行而影響機組負荷的隱患，極大提升了運行可靠性；同時，改造后明顯降低了檢修成本，據估算，機組每年可減少循環泵檢修兩次，節省檢修費用240余萬元，效果顯著。

5 結語

通過葉輪開裂原因分析及處理優化的全過程管理，解決了沿海電廠斜流式循環水泵葉輪開裂問題，不但降低人力、物力開支，節約了設備檢修成本，而且進一步提高了機組的安全可靠運行。積極開展該類缺陷原因分析和處理措施探討，對同類機組的生產設計及改造優化具有重要的借鑒和參考價值。

［1］郭立君，何川 .泵與風機［M］.北京：中國電力出版社，2004.