核電廠啟動給水泵平衡盤磨損原因分析及對策

楊秀敏，黃少華

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

核電廠啟動給水泵平衡盤磨損原因分析及對策

楊秀敏，黃少華

（中核核電運行管理有限公司，浙江 海鹽 314300）

某核電廠啟動給水泵在廠家性能試驗后解體檢查時發現平衡盤、平衡板磨損嚴重，由于此泵在電站啟停時使用，它的正常運行關乎電站啟停安全及業績，而平衡盤磨損問題嚴重威脅泵的穩定運行，故找出原因并研究對策解決這一問題相當重要。

平衡盤磨損；平衡力；裝配間隙；制造精度

某核電廠采用的啟動給水泵是型號為ATDG270-900的臥式、雙殼體、內殼體為節段式的多級離心泵。啟動給水泵在廠內第一次性能試驗期間的試驗數據合格，但解體檢查時發現平衡盤、平衡板磨損都比較嚴重，且有咬合的跡象,拆解后的照片見圖1。

圖1 平衡盤、平衡板解體后照片

平衡機構工作的穩定性與泵運行的可靠性及其壽命有著極為密切的關系。它的正常運行狀態直接關乎電站啟動和停堆期間的安全以及電站業績，因此分析泵平衡盤磨損原因并采取相關有效對策相當重要。

1 泵的平衡盤選擇

1.1 泵的軸向力

離心泵在運行時，由于作用在葉輪兩側的壓力不相等，尤其是高壓泵，會產生很大的壓差作用力，此作用力的方向與離心泵轉軸軸心線平行，稱為軸向力。

1.1.1 蓋板力A1

由于葉輪前后蓋板不對稱產生的蓋板力：

其中，ρ=889kg/m3；

水力效率：

葉輪出口圓周速度：

由此算出A1=12373．54N。

1.1.2 動反力A2

泵內液體給葉輪的動反力：

A2=ρQt(νm0?νm3cosε)，該力指向葉輪后面

容 積 效 率 ηv=0．94， 泵 理 論 流 量Qt=Qηv=310．64m3/h。

ε是 um0與 um3的夾角，即ε=90°， cosε =0

所以。

1.2 總軸向力

單級葉輪總軸向力：

1.3 平衡盤的平衡力

（1）平衡裝置幾何參數的函數f=4．47，平衡機構前后壓力降p?=7370．17kPa。

1.4 平衡盤設計分析

由上述計算可知，平衡盤能產生的平衡力F是總軸向力A的98．81%。啟動給水泵平衡軸向力裝置采取的是平衡盤加推力軸承的方式，推力軸承的承載能力為總軸向推力的30%。生產實踐證明，保留一定的軸向力有利于止推軸承軸向定位，是提高轉子平穩運行的有效措施。故啟動給水泵上平衡盤的選擇理論上能滿足泵平衡軸向力的要求。

2 磨損原因分析

2.1 試驗操作原因

發現平衡盤磨損問題后，首先考慮是否存在試驗操作的原因。平衡盤是通過泄漏來產生壓差工作的，沒有泄漏，也就沒有了平衡力，最終導致在軸向力作用下平衡盤、平衡板產生碰磨。經與試驗見證人員確認，試驗時平衡回水正常開啟，說明平衡盤能正常產生平衡力。

泵在啟動、停車及負荷變化時容易造成平衡盤與平衡板的磨損，此問題亦與見證人員確認，廠內僅做了短暫的內部試驗及見證試驗，不存在頻繁啟停的情況。故這些可能造成平衡盤磨損的試驗操作原因均可以排除。

2.2 裝配原因

第一次解體檢查發現問題后，初步懷疑是裝配間隙控制錯誤導致平衡盤、平衡板磨損。啟動給水泵的軸向力平衡裝置采取的是平衡盤加推力軸承的形式。啟動給水泵工作時，產生的軸向力主要由平衡盤承受，殘余軸向力則由吐出端的推力軸承承受。根據設計圖紙，當推力軸承主推力面與推力瓦（扇形塊）靠緊時，平衡盤與平衡板之間應有0．08～0．12mm的間隙。也就是說正常情況下在泵運行過程中，如出現動靜零部件之間的軸向端面磨損時，應該是推力瓦（扇形塊）先出現磨損。當推力瓦（扇形塊）磨損掉一定量后，平衡盤與平衡板才可能出現磨損。但解體時發現平衡盤與平衡板密封端面磨損嚴重，而推力軸承主推力面及推力瓦（扇形塊）無磨損跡象。啟動給水泵這種既有平衡盤又有推力盤的多級泵裝配時的尺寸控制比較難。根據泵轉子部件圖上的要求平衡盤與軸裝配后的端面跳動應控制在0．04mm以內，而平衡板相對軸的端面跳動應控制在0．05mm以內，這兩項偏差疊加后可使平衡盤、平衡板間隙偏差最大達到0．09mm，再加上實際裝配中可能產生的累積誤差，很可能無法實現設計中要求的推力軸承主推力面與推力瓦靠緊時，平衡盤和平衡板之間的軸向間隙在0．08～0．12mm，也可能會造成平衡盤、平衡板摩擦。

2.3 加工制造原因

第二次試驗解體后平衡盤表面的磨損情況比第一次試驗時大為改觀，但還是有0．03～0．05mm深度的輕微偏磨跡象，分析認為平衡盤存在瓢偏。凡裝有平衡盤裝置的水泵在裝配時都要對平衡盤進行瓢偏測量。對于工作狀態良好的水泵，運行時平衡盤與平衡板的軸向間隙在0．10～0．20mm之間。若平衡盤與平衡板的相對端面與軸心線不垂直，組裝后會使平衡盤與平衡板之間出現張口，如果張口值超過0．20mm，則平衡室p4建立不了足夠的壓力而無法平衡軸向推力，也可引起平衡盤、平衡板碰磨。在第二次試驗解體發現平衡盤偏磨后了解到，廠內加工平衡盤上磨床精磨時，把平衡盤套在T形工裝假軸上。廠內測量了工裝假軸的跳動有0．1mm以上，而且表面較粗糙。加工時平衡盤可以很輕松的與工裝假軸裝配，說明平衡盤與工裝假軸的裝配間隙偏大，在加工平衡盤時不能精確保證平衡盤端面與假軸軸心的垂直度，容易使平衡盤端面與其內孔軸線垂直度超標，而內部加工零件圖上要求垂直度0．01mm以內，分析平衡盤實際加工誤差超出了設計要求，導致第二次試驗時平衡盤產生偏磨。因此必須重新制作工裝假軸用以修磨平衡盤端面，并嚴格檢測平衡盤是否存在瓢偏。

3 處理過程

在第一次試驗解體發現磨損后，分析認為主要由于裝配過程中平衡盤與平衡板的軸向間隙控制存在誤差。所以決定重新組裝做第二次性能試驗并解體驗證。在組裝前將平衡盤和平衡板摩損處用磨床修磨，并對零件進行了硬度檢查，平衡盤修磨后再次做了轉子動平衡合格。由于平衡盤和平衡板端面的軸向尺寸修磨后產生變化，所以按實際尺寸重新加工了平衡盤處的壓緊環和推力盤處的調整環，壓緊環增大了0．6mm，同時平衡盤靠葉輪側的套筒底部車掉0．6mm，推力盤調整環車掉2．8mm，以保證推力盤與主推力面貼合后，平衡盤和平衡板間隙控制在0．08～0．12mm，組裝后做第二次性能試驗驗證。第二次試驗解體后平衡盤、平衡板磨損問題大為改觀，只有平衡盤表面發現0．03～0．05mm深的輕微偏磨，說明第一次試驗平衡盤、平衡板碰磨的根本原因即是裝配時平衡板、平衡盤軸向間隙控制不合理。第二次解體后出現的偏磨現象，分析是由于加工精度不夠，平衡盤存在瓢偏導致。因此廠家重新加工了一個錐度為1:1000的工裝假軸修磨平衡盤，之后平衡盤在車床上測瓢偏值在0．01mm，符合加工設計要求。在此次裝配中亦將平衡盤與平衡板間的軸向間隙標準由0．08 ～ 0．12mm 改大到 0．15 ～ 0．20mm。裝配過程中嚴格按裝配工藝進行各部位形位精度、尺寸精度檢測，盡可能提高裝配精度，組裝后做第三次試驗并解體驗證。第三次試驗后解體檢查平衡盤與平衡板密封端面無磨損現象，也證實提高平衡盤加工精度和增大平衡盤與平衡板間的軸向間隙這兩項措施的正確性。至此，平衡盤磨損問題基本得到了解決。

4 現場使用情況

發生平衡盤、平衡板磨損問題的這臺啟動給水泵交貨后已在電廠現場安裝并充水使用了10小時左右，運行情況正常，軸承振動、軸承溫度、電機電流等一些平衡盤有可能出現磨損的指征，監測值均正常，再次說明了平衡盤磨損問題已在出廠前得到解決。

5 結語

通過啟動給水泵的三次組裝試驗和解體檢查，最終確認了出現磨損問題的主要原因，是平衡盤與平衡板之間軸向間隙控制不當、軸向間隙裝配設計范圍偏小、平衡盤加工精度不夠，在將上述問題通過相關手段處理后，最終解決了啟動給水泵平衡盤磨損問題，并且設備安裝到現場后的運行狀態良好。

[1]谷鵬飛．啟動給水泵設備運行與維護手冊，上海阿波羅機械設備有限公司，2012．

TH311

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1671-0711（2017）10（下）-0070-02