350 MW機(jī)組電動(dòng)給水泵組故障分析及對(duì)策

葉 明

（國(guó)家能源集團(tuán)九江發(fā)電有限公司，江西 九江 332000）

1 350 MW機(jī)組電動(dòng)給水泵組概況

國(guó)家能源集團(tuán)九江發(fā)電有限公司5號(hào)機(jī)組、6號(hào)機(jī)組均系容量350 MW、亞臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)式、單軸、雙缸雙排汽的凝汽式TCDF-40型汽輪機(jī)，每臺(tái)機(jī)配備2套50%容量的汽動(dòng)給水泵（以下簡(jiǎn)稱“汽泵”）組、1套50%容量的電動(dòng)給水泵（以下簡(jiǎn)稱“電泵”）組。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)投入2套汽泵組運(yùn)行，電泵組既作為機(jī)組啟停時(shí)的啟動(dòng)給水泵組，也作為機(jī)組運(yùn)行時(shí)的備用給水泵組，均用來(lái)向鍋爐提供高壓給水。電泵組由1臺(tái)沈陽(yáng)水泵廠制造的YKND400/300型電泵前置泵、1臺(tái)東方電機(jī)股份有限公司制造的TKS-6500-4型驅(qū)動(dòng)電機(jī)、1臺(tái)ST.POELTEN-AUSTRJA制造的R16k550.1型調(diào)速液力偶合器和1臺(tái)韋爾泵有限公司制造的FK6F32-K型給水泵串聯(lián)安裝組成，共用1臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。另外，電泵組還設(shè)置有1臺(tái)輔助潤(rùn)滑油泵和1臺(tái)潤(rùn)滑油泵，用來(lái)向電泵組的電泵前置泵各軸承、電機(jī)各軸承、液力偶合器各軸承和給水泵各軸承提供潤(rùn)滑油；還設(shè)置1臺(tái)工作油泵，用來(lái)向液力偶合器提供工作油。5號(hào)機(jī)電泵組的電泵前置泵軸與電機(jī)軸采用膜片式聯(lián)軸器連接，電機(jī)軸與液力偶合器輸入軸采用剛性聯(lián)軸器連接，液力偶合器輸出軸與給水泵軸采用膜片式聯(lián)軸器連接；6號(hào)機(jī)電泵組的電泵前置泵軸與電機(jī)軸采用膜片式聯(lián)軸器連接，電機(jī)軸與液力偶合器輸入軸采用齒式聯(lián)軸器連接，液力偶合器輸出軸與給水泵軸采用膜片式聯(lián)軸器連接。2臺(tái)機(jī)組電泵組的電泵前置泵均為臥式單級(jí)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(jì)有甩油環(huán)，推力軸承為推力瓦塊式，軸封采用集裝式機(jī)械密封形式密封，該機(jī)械密封的彈簧設(shè)計(jì)為總壓縮量6 mm，預(yù)壓縮量2.5 mm。

2 電泵組運(yùn)行中存在的問題

電泵組運(yùn)行中存在的問題主要有以下幾方面：一是振幅嚴(yán)重超標(biāo)。5號(hào)機(jī)電泵前置泵額定轉(zhuǎn)速為1 485 r/min，合格標(biāo)準(zhǔn)要求振幅小于0.08 mm，而5號(hào)機(jī)電泵前置泵運(yùn)行中振動(dòng)很大，最大振幅高達(dá)0.28 mm，振幅嚴(yán)重超標(biāo)。二是漏水及推力瓦運(yùn)行溫度嚴(yán)重超標(biāo)。在一次5號(hào)爐做水壓試驗(yàn)中，5號(hào)機(jī)電泵組運(yùn)行中突發(fā)電泵前置泵驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封漏水、非驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封漏水及推力瓦運(yùn)行溫度急劇升高，最高達(dá)90℃，嚴(yán)重超標(biāo)，電泵組被迫停運(yùn)檢修，導(dǎo)致該次5號(hào)爐水壓試驗(yàn)被迫中斷。三是油泵泵出的潤(rùn)滑油無(wú)法進(jìn)入電泵前置泵驅(qū)動(dòng)端軸瓦和油室內(nèi)。6號(hào)機(jī)電泵組備用及運(yùn)行時(shí)，在一段時(shí)間里突發(fā)輔助潤(rùn)滑油泵和潤(rùn)滑油泵泵出的潤(rùn)滑油無(wú)法進(jìn)入電泵前置泵驅(qū)動(dòng)端軸瓦和油室內(nèi)，觀察軸瓦油室出油觀察窗，查得無(wú)潤(rùn)滑油排出。故障出現(xiàn)時(shí)間段內(nèi)，歷次電泵組投入運(yùn)行前都是通過人工向軸瓦油室內(nèi)加入足夠潤(rùn)滑油，但投運(yùn)近45 min，油位由正常范圍的最高位緩慢下降至最低位，不得不再次加入足夠潤(rùn)滑油，且如此不斷重復(fù)，電泵組投入運(yùn)行，必須設(shè)專人監(jiān)視電泵前置泵驅(qū)動(dòng)端軸瓦油室內(nèi)潤(rùn)滑油油位下降情況和甩油環(huán)甩油情況，為確保絕對(duì)安全，每間隔40 min添加1次潤(rùn)滑油，以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(yùn)行。這種不利狀況，不但增大了人工維護(hù)工作量，對(duì)電泵組安全運(yùn)行乃至機(jī)組的安全啟停和運(yùn)行都是極為不利的。四是液力偶合器工作油溫度嚴(yán)重超高。6號(hào)機(jī)電泵組運(yùn)行中，突發(fā)液力偶合器工作油溫度不斷升高，最高達(dá)到了110℃，嚴(yán)重超標(biāo)，且還有迅速上升的趨勢(shì)，液力偶合器還無(wú)法使給水泵帶60%以上負(fù)荷運(yùn)行，嚴(yán)重威脅電泵組安全運(yùn)行及機(jī)組安全啟停和運(yùn)行。五是主油泵的傳動(dòng)主、從動(dòng)斜齒輪磨損嚴(yán)重。6號(hào)機(jī)電泵組的液力偶合器內(nèi)增速齒輪完好，而主油泵的傳動(dòng)主、從動(dòng)斜齒輪嚴(yán)重磨損損壞。

3 電泵組故障原因分析

3.1 5號(hào)機(jī)電泵組故障原因分析

a）由于5號(hào)機(jī)電泵前置泵側(cè)靠背輪與泵軸配合間隙過大，且該泵與電機(jī)靠背輪中心偏差過大，導(dǎo)致電泵前置泵運(yùn)行時(shí)振動(dòng)很大，振幅嚴(yán)重超標(biāo)。

b）5號(hào)機(jī)電泵前置泵轉(zhuǎn)子總竄動(dòng)量為10 mm屬于合格，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)推力盤并緊螺母未松動(dòng)退出狀況下的泵轉(zhuǎn)子工作竄動(dòng)量為2.0 mm，而標(biāo)準(zhǔn)值范圍為5±0.5 mm，屬不合格。這就導(dǎo)致葉輪出口未完全對(duì)準(zhǔn)泵體出口，并造成泵側(cè)靠背輪與電機(jī)側(cè)靠背輪間距尺寸比聯(lián)軸器中間短節(jié)長(zhǎng)度加兩塊膜片厚度的總尺寸大了3 mm（標(biāo)準(zhǔn)要求不大于0.5 mm），屬嚴(yán)重超標(biāo)，且泵軸與泵側(cè)靠背輪配合間隙高達(dá)0.30 mm，具備了泵側(cè)靠背輪能在泵軸上軸向移動(dòng)的條件，使泵側(cè)靠背輪向電機(jī)方向軸向位移了3 mm，泵側(cè)靠背輪與泵軸的泵側(cè)靠背輪限位臺(tái)肩端面之間出現(xiàn)3 mm間隙，留下了能使得泵轉(zhuǎn)子可以向驅(qū)動(dòng)端軸向竄動(dòng)3 mm的量。因此，5號(hào)機(jī)電泵前置泵運(yùn)行時(shí)，因振動(dòng)過大，引發(fā)推力盤并緊螺母松動(dòng)退出，造成推力盤可以在泵軸上軸向移動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)軸向推力指向驅(qū)動(dòng)端時(shí)，導(dǎo)致泵轉(zhuǎn)子向驅(qū)動(dòng)端竄動(dòng)了3 mm，驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封彈簧壓縮量增大了3 mm，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)接觸緊力增大，引起動(dòng)環(huán)與靜環(huán)摩擦發(fā)熱，導(dǎo)致動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間水膜全部蒸發(fā)破壞，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)出現(xiàn)嚴(yán)重干磨，發(fā)熱量急劇增大，加之該泵振動(dòng)很大，導(dǎo)致動(dòng)環(huán)開裂，引起泄漏，同時(shí)泵轉(zhuǎn)子向驅(qū)動(dòng)端竄動(dòng)3 mm，使得非驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)接觸緊力大幅度減小，非驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封出現(xiàn)漏水。與此同時(shí)，因推力盤并緊螺母松脫，推力盤可以在泵軸上軸向移動(dòng)，又使得軸向推力無(wú)法施加在驅(qū)動(dòng)端推力瓦上，也就是說此時(shí)驅(qū)動(dòng)端推力瓦未承受到軸向推力，故未造成該側(cè)推力瓦磨損，此時(shí)軸向推力轉(zhuǎn)移到了液力偶合器的推力瓦承擔(dān)，所幸查得液力偶合器的推力瓦無(wú)異常。

c）因5號(hào)機(jī)電泵前置泵運(yùn)行中振動(dòng)很大，導(dǎo)致推力盤并緊螺母振松退出，使得推力盤失去軸向定位作用，并引起推力盤端面跳度增大超標(biāo)，且泵軸與泵側(cè)靠背輪配合松動(dòng)，當(dāng)該泵運(yùn)行中出現(xiàn)軸向推力方向指向非驅(qū)動(dòng)端時(shí)，非驅(qū)動(dòng)端推力瓦承受軸向推力，且該泵振動(dòng)很大，導(dǎo)致非驅(qū)動(dòng)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(shí)因非驅(qū)動(dòng)端推力瓦嚴(yán)重磨損，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(dòng)端多竄0.5 mm，導(dǎo)致非驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封彈簧多壓縮0.5 mm，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)接觸緊力增大，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)運(yùn)行中出現(xiàn)摩擦發(fā)熱，加之該泵振動(dòng)很大，引起動(dòng)環(huán)和靜環(huán)嚴(yán)重磨損和靜環(huán)破損，從而發(fā)生泄漏。同時(shí)，泵轉(zhuǎn)子向非驅(qū)動(dòng)端多竄動(dòng)0.5 mm，也造成驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)接觸緊力減小，使得驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封漏水量相應(yīng)增大。

3.2 6號(hào)機(jī)電泵組故障原因分析

a）軸瓦防轉(zhuǎn)定位銷未裝。經(jīng)拆卸檢查6號(hào)機(jī)電泵前置泵驅(qū)動(dòng)端軸瓦油室進(jìn)油管及進(jìn)油節(jié)流孔板，查得軸承室進(jìn)油口處節(jié)流孔板清潔，節(jié)流孔通暢，進(jìn)油管內(nèi)清潔無(wú)雜物，于是檢查了該泵驅(qū)動(dòng)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(rùn)滑油進(jìn)油孔與下軸瓦的潤(rùn)滑油進(jìn)油孔完全錯(cuò)開，使得輔助潤(rùn)滑油泵和潤(rùn)滑油泵泵出的潤(rùn)滑油無(wú)法進(jìn)入軸瓦內(nèi)，以致軸承室出油管無(wú)潤(rùn)滑油排出。檢查還發(fā)現(xiàn)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。這就是人工加入的潤(rùn)滑油不會(huì)立即全部排掉，而是緩慢排走，軸承室油位緩慢下降的原因。

b）易熔塞質(zhì)量差，工作油量減少。針對(duì)6號(hào)機(jī)電泵組的液力偶合器工作油運(yùn)行溫度過高，檢查液力偶合器，查得泵輪軸的推力軸承無(wú)異常，推力間隙0.36 mm，泵渦輪軸的推力軸承無(wú)異常，推力間隙0.38 mm，均屬合格范圍（合格范圍0.354～0.568 mm）；查得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，均屬合格；查得液力偶合器工作油系統(tǒng)所有密封件均完好無(wú)損，勺管在套管內(nèi)行程120 mm，行程正常，勺管全行程無(wú)運(yùn)行卡澀，泵輪與渦輪的工作腔進(jìn)油控制閥無(wú)異常，能確保提供正常工作油量；查得工作油冷卻器冷卻管無(wú)結(jié)垢現(xiàn)象，工作油冷卻器冷卻水為閉式水（采用的是除鹽水），品質(zhì)合格，冷卻水進(jìn)水溫度及流量均正常；查得液力偶合器運(yùn)行中工作油冷油器進(jìn)油溫度110℃，出油溫度62℃，均過高超標(biāo)，但查得2個(gè)易熔塞的焊料均有小部分熔化，漏油孔均開通了10%左右，工作腔內(nèi)工作油可從此處泄漏。綜上檢查情況分析得知，設(shè)計(jì)要求易熔塞160℃熔化，實(shí)際上6號(hào)機(jī)電泵組液力偶合器工作油的運(yùn)行溫度最高110℃并未達(dá)到易熔塞熔化溫度，顯然是易熔塞質(zhì)量差，提前出現(xiàn)部分熔化，導(dǎo)致2個(gè)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部分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，導(dǎo)致工作油溫過高超標(biāo)，同時(shí)工作油量因泄漏減少，也是液力偶合器無(wú)法使給水泵帶60%以上負(fù)荷運(yùn)行的原因，以致無(wú)法維持液力偶合器正常運(yùn)行。

c）電泵組電機(jī)出現(xiàn)三相不平衡現(xiàn)象。由于電泵組電機(jī)出現(xiàn)三相不平衡故障，定子、轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一交變磁場(chǎng)，使電機(jī)出現(xiàn)過大的軸電流。電機(jī)的電泵前置泵側(cè)軸瓦和液力偶合器側(cè)軸瓦均與各自軸承座之間及軸承上蓋之間裝有絕緣膜片，各軸承座與其進(jìn)、出油管連接處做了絕緣處理，電機(jī)轉(zhuǎn)軸、軸承座和基礎(chǔ)沒有構(gòu)成閉合回路。液力偶合器、給水泵、前置泵均無(wú)避免軸電流損害的絕緣處理，電泵組電機(jī)出現(xiàn)三相不平衡故障時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器、液力偶合器、給水泵、前置泵和這些設(shè)備形成幾個(gè)閉合回路，這些閉合回路處在交變磁場(chǎng)中，產(chǎn)生了較大軸電流，使液力偶合器內(nèi)的各齒輪運(yùn)行中在嚙合及分離瞬間產(chǎn)生電弧放電，齒表面遭到電擊損傷，齒面硬度降低，造成齒輪快速磨損。之所以電泵組的液力偶合器內(nèi)增速齒輪完好，而主油泵的傳動(dòng)主、從動(dòng)斜齒輪嚴(yán)重磨損損壞，是因?yàn)橹鳌膭?dòng)斜齒輪很薄（厚度均為20 mm），輪齒高度6 mm，潤(rùn)滑油噴射到兩齒輪嚙合部位，大部分潤(rùn)滑油很快流失，潤(rùn)滑油積存量很少，兩齒輪嚙合部位油膜很薄，容易產(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。而液力偶合器內(nèi)增速齒輪表面無(wú)電擊損傷，是因?yàn)樵鏊冽X輪很厚，輪齒很寬也很高，潤(rùn)滑油噴射到齒輪嚙合部位，能積存很多潤(rùn)滑油，兩嚙合輪齒間油膜很厚，不易產(chǎn)生電弧。

4 預(yù)防措施及對(duì)策

a）分別更換了5號(hào)機(jī)電泵前置泵驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封和非驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封的動(dòng)、靜環(huán)和各密封圈。

b）在5號(hào)機(jī)電泵前置泵推力盤前加裝2.8 mm的調(diào)整墊圈，將泵轉(zhuǎn)子工作竄動(dòng)量調(diào)整至4.8 mm，泵轉(zhuǎn)子軸向定位向驅(qū)動(dòng)端調(diào)整了2.8 mm，這樣不僅葉輪出口完全對(duì)準(zhǔn)了泵體出口，還解決了泵側(cè)靠背輪與電機(jī)側(cè)靠背輪間距尺寸比聯(lián)軸器中間短節(jié)長(zhǎng)度加2塊膜片厚度的總尺寸大了3 mm的問題。調(diào)整后總尺寸僅大了0.2 mm，符合不大于0.5 mm的標(biāo)準(zhǔn)要求，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(jī)側(cè)靠背輪之間。

c）更換5號(hào)機(jī)電泵前置泵全部推力瓦塊，查得推力盤與新推力瓦烏金接觸均勻，各推力瓦接觸面達(dá)到了80%以上。裝復(fù)推力軸承后測(cè)得推力間隙為0.35 mm，達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)范圍。

d）更換5號(hào)機(jī)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，解決了泵側(cè)靠背輪與泵軸配合很松動(dòng)的問題。

e）調(diào)整5號(hào)機(jī)電泵前置泵靠背輪與電機(jī)靠背輪的中心尺寸至合格范圍，調(diào)整后中心最大偏差0.01 mm，最大張口0.01 mm，達(dá)到了合格要求（標(biāo)準(zhǔn)值的要求是中心最大偏差小于0.05 mm，最大張口小于0.05 mm）。

f）清洗干凈6號(hào)機(jī)電泵前置泵驅(qū)動(dòng)端軸承室及出油管口處大量膠質(zhì)狀油垢，安裝軸瓦防轉(zhuǎn)銷，防止軸瓦安裝位置發(fā)生變化，按檢修質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)裝復(fù)驅(qū)動(dòng)端軸承裝置，使軸承座下方進(jìn)油孔與下軸瓦潤(rùn)滑油進(jìn)油孔完全對(duì)準(zhǔn)，以確保驅(qū)動(dòng)端軸瓦潤(rùn)滑油進(jìn)油暢通，進(jìn)油量正常，防止缺油。

g）更換6號(hào)機(jī)電泵組液力偶合器的易熔塞，換上質(zhì)量合格的易熔塞，新易熔塞設(shè)計(jì)熔化溫度160℃，符合技術(shù)要求。

h）更換6號(hào)機(jī)電泵組液力偶合器內(nèi)油泵的主、從動(dòng)傳動(dòng)斜齒輪，新主動(dòng)傳動(dòng)斜齒輪硬度HRC60，新從動(dòng)傳動(dòng)斜齒輪硬度HRC55，符合技術(shù)要求。

i）考慮到電機(jī)正常情況下軸電流極小，不會(huì)產(chǎn)生任何危害，消除6號(hào)機(jī)電泵組電機(jī)三相不平衡故障，可使6號(hào)機(jī)電泵組軸電流降低到非常微小，不會(huì)對(duì)液力偶合器內(nèi)各齒輪造成損傷，故此次電氣專業(yè)有針對(duì)性地著重消除了6號(hào)機(jī)電泵組電機(jī)三相不平衡故障。

j）6號(hào)機(jī)電泵組電泵前置泵靠背輪與電機(jī)靠背輪之間不再安裝原中間短節(jié)，改裝有絕緣的中間短節(jié)，使電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器、液力偶合器、給水泵、前置泵和這些設(shè)備基礎(chǔ)不能形成幾個(gè)閉合回路，以防止再次發(fā)生液力偶合器內(nèi)主油泵的傳動(dòng)主、從動(dòng)斜齒輪被電擊損壞。

5 對(duì)策實(shí)施后取得的效果

a）實(shí)施對(duì)策后，5號(hào)機(jī)電泵前置泵投入運(yùn)行半年來(lái)一切正常，該泵運(yùn)行中振動(dòng)正常，最大振幅為0.025 mm，推力軸承運(yùn)行溫度始終維持在34℃左右，驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封和非驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封未發(fā)生漏水現(xiàn)象，確保了5號(hào)機(jī)電泵組和5號(hào)機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

b）實(shí)施對(duì)策后，6號(hào)機(jī)電泵組潤(rùn)滑油系統(tǒng)投入試運(yùn)行，查得電泵前置泵驅(qū)動(dòng)端軸瓦油室油位正常，通過查看驅(qū)動(dòng)端軸瓦油室出油管的觀察窗，查得有潤(rùn)滑油流出，且油量正常，顯然，潤(rùn)滑油泵泵出的潤(rùn)滑油進(jìn)入了驅(qū)動(dòng)端軸瓦和軸承油室內(nèi)；查得電泵組試運(yùn)行、備用及歷次運(yùn)行時(shí)，該泵驅(qū)動(dòng)端軸瓦和軸承油室始終有潤(rùn)滑油進(jìn)、出，進(jìn)、出油量正常，且驅(qū)動(dòng)端軸承油室油位始終保持正常；歷次電泵組投入運(yùn)行，電泵前置泵驅(qū)動(dòng)端軸瓦最高運(yùn)行溫度為32℃，屬于合格范圍，不再需要人工加油，減少了人工維護(hù)工作量。

c）實(shí)施對(duì)策后，6號(hào)機(jī)電泵組歷次投入運(yùn)行，查得液力偶合器工作油量正常，工作油最高運(yùn)行溫度維持在78℃左右，達(dá)到了正常值范圍（60～100℃）；查得2個(gè)易熔塞完好，工作油冷油器進(jìn)口油溫78℃左右，達(dá)到了正常值范圍（60～100℃）；出油溫度38℃左右，達(dá)到了正常值范圍（35～70℃）；液力偶合器能使給水泵帶至100%負(fù)荷運(yùn)行。

d）實(shí)施對(duì)策后，6號(hào)機(jī)電泵組液力偶合器經(jīng)多次隨電泵組投入運(yùn)行后，跟蹤查得油泵的主、從動(dòng)驅(qū)動(dòng)斜齒輪完好無(wú)損。