660MW超超临界机组汽动给水泵推力瓦温度高故障原因分析及处理

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　　摘  要：近年来，超超临界机组由于其先进的技术以及优异的性能，在全国取得了广泛运用，给水泵作为汽轮发电机组不可或缺的重要辅机，其工作情况的好坏与机组的安全运行息息相关。部分660MW超超临界机组在给水泵的选择上，配置采用的是一台100%负荷的汽动给水泵及一台30%负荷的电动给水泵，若汽动给水泵运行中故障跳闸，往往意味着汽轮发电机组的跳闸解列。文章对某厂660MW超超临界机组汽动给水泵推力瓦温度高的原因进行了分析，通过排除与验证，发现平衡鼓与平衡套之间间隙过小是造成推力瓦温度高的主要原因，更换新的平衡鼓后，汽动给水泵推力瓦温度恢复正常。
　　关键词：汽动给水泵;推力瓦;平衡鼓;温度高;分析处理
　　中图分类号：TM621.3       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）24-0132-02
　　Abstract： In recent years， ultra-supercritical unit has been widely used in the whole country because of its advanced technology and excellent performance. Feed water pump is an indispensable auxiliary machine of turbogenerator set. Its working condition is closely related to the safe operation of the unit. In the selection of feedwater pumps， some 660MW ultra-supercritical units are configured with a 100% load steam feed pump and a 30% load electric feed pump. If the steam feed pump fails to trip during operation， it often means the tripping of turbogenerator sets. In this paper， the reason for the high temperature of thrust pad of steam feed pump in 660MW ultra-supercritical unit of a certain factory is analyzed. Through exclusion and verification， it is found that the main reason for the high temperature of thrust pad is that the clearance between balance drum and balance sleeve is too small. After the replacement of the new balance drum， the thrust pad temperature of the steam feed pump returned to normal.
　　Keywords： steam feed pump; thrust tile; balance drum; high temperature; analysis and treatment
　　引言
　　某厂660MW超超临界机组仅配置了一台100%负荷的汽动给水泵，生产厂家为上海KSB泵业有限公司，这是一台CHTD8/5型卧式多级筒型离心泵，轴功率为26298kW，额定流量2549t/h，总扬程3732.2m，额定工作转速5106r/min。汽动给水泵正常运行时，其轴向推力由平衡鼓、平衡盘和推力轴承共同承担。
　　在投产前的调试过程中，该泵非工作面推力瓦温度一直偏高，尤其是转速3500r/min以上时，非工作面推力瓦温度快速上涨至80℃以上，甚至逼近保护跳闸值（90℃），严重影响机组的带负荷调试试验，并威胁机组投产后的安全稳定运行，通过对推力瓦温度高的原因展开分析，彻底解决此故障是当前必须解决的问题。
　　1 汽动给水泵轴向推力产生及平衡原理
　　离心泵在运行时，泵内液体作用在叶轮盖板两侧上的轴向力主要包括：叶轮两侧压强不对称产生的轴向力、泵内液体轴向流入径向流出时由于流向变化对叶轮产生的轴向力，通常将上述两个轴向力的合力，称为轴向推力，轴向推力会使转子产生轴向位移，造成叶轮和泵壳动静间隙减小，严重时造成动静部分摩擦，导致汽泵振动过大、发热甚至叶轮损坏，威胁机组的安全稳定运行，正常运行中，必须对汽动给水泵产生的轴向推力进行平衡，确保其在可控的范围内，平衡轴向推力的方法主要有：
　　1.1 平衡盘
　　平衡盘装置由平衡盘和平衡圈组成，平衡盘装在末级叶轮后面轴上，和叶轮一起转动。平衡圈固定在出水段泵体上，平衡盘左边和末级叶轮出口相通，右边则通过一接管和泵的吸入口相连。因此，平衡盘右边的压力接近于泵入口液体的压力，平衡盘左边的压力小于末级叶轮出口压力，高压液体能通过平衡盘与平衡圈之间的间隙回流至泵的吸入口，在平衡盘两侧产生一个平衡力。泵正常运行时，随着轴向推力大小的变化，平衡盘与平衡环之问间隙相应增大或减小，使平衡盘两边的压差相应减小或增大，从而推动平衡盘及整个转子向左或向右移动，自动平衡轴向力，达到新的平衡。
　　1.2 平衡鼓
　　平衡鼓装在轴的末级叶轮后面，其在固定于大端盖上的节流衬套内旋转，平衡鼓右边为平衡室，通过平衡管将平衡室与第一级叶轮前的吸入室连通。因此，平衡室内的压力很小，而平衡鼓左边是末級叶轮的背面泵腔，腔内压力比较高。平衡鼓外圆表面与泵体上的平衡套之间有很小的间隙，使平衡鼓的两侧可以保持较大的压力差，以此来平衡部分轴向推力。 　　1.3 推力轴承
　　在推力轴承的推力盘两侧各安装若干推力瓦块，根据轴向推力的方向分为工作瓦块和非工作瓦块，通过推力盘与推力瓦块的接触来消除未完全平衡掉的轴向推力，在推力轴承内充满了润滑油，推力盘旋转产生的热量由润滑油带走，使推力瓦保持在合格的温度范围内。通常平衡鼓和平衡盘能平衡90-95%左右的轴向推力，未完全平衡掉的轴向推力则由推力轴承来承受。
　　该厂采用的是平衡盘、平衡鼓与推力轴承组合的轴向力平衡装置，设计上能保证轴向推力在允许范围内。
　　2 汽动给水泵推力瓦温度高故障原因分析
　　通過对轴向推力平衡原理的分析，总结出造成汽动给水泵推力瓦温度高的原因主要有以下几条：
　　2.1 润滑油供油压力低、油量过小或油质不合格
　　若推力轴承润滑油供回油管道存在堵塞现象或者油泵出力不足等原因，导致油压过低油量过小，或者由于油质恶化无法建立正常油膜，均会使推力瓦摩擦产生的热量无法被带走，必然会导致推力瓦温度升高。
　　2.2 推力瓦间隙过小
　　在汽泵的安装过程中，若由于制造、安装质量不良，或者由于推力瓦块磨损变形等原因，造成推力瓦间隙过小，将会导致润滑油不能被旋转的推力盘带到推力瓦块的末端，造成油膜无法正常建立，从而导致推力瓦块与推力盘磨碰，造成推力瓦温度升高，甚至烧损。
　　2.3 平衡盘与平衡圈之间间隙或平衡鼓与平衡套之间间隙过小
　　若由于制造、安装质量不良等原因，造成汽泵平衡盘与平衡圈之间间隙或平衡鼓与平衡套之间间隙过小，则给水泵出口的高压水流入平衡室内水量减小，导致平衡室内压力降低，平衡鼓两侧压力差增大，产生的平衡力增加，导致转子向高压侧移动，造成推力盘与非工作瓦间隙减少，推力瓦温度升高。
　　3 汽动给水泵推力瓦温度高故障原因确定
　　针对以上原因分析，该厂将汽泵停运后分别进行了具体排查确定：
　　（1）对汽泵润滑油进油管的节流孔进行检查，并使用压缩空气对其进行吹扫，检查发现不存在脱落或堵塞情况。（2）由于润滑油泵运行时油压在合格范围内，校验润滑油管路压力开关，确认油压显示正常，排除油泵出力不足的情况。（3）取汽泵润滑油油样进行化验，润滑油油质合格，排除油质原因。（4）对汽泵推力轴承进行解体检查，检查推力瓦间隙是否在合格范围内。说明书上明确规定，推力间隙的合格范围为0.4-0.5mm之间。经过测量，推力瓦间隙为0.44mm，符合要求。（5）对汽泵推力瓦块进行检查，发现部分瓦块有磨损，将所有瓦块进行了更换，更换前对新瓦块的厚度、平整度和接触情况进行了检查，确保瓦块合格。（6）对平衡盘进行解体检查，检查平衡盘与平衡圈之间间隙是否在合格范围内。说明书上明确规定，推力间隙的合格范围为0.3-0.4mm之间。经过测量，推力瓦间隙在0.32mm，符合要求。（7）对平衡鼓进行解体检查，发现平衡鼓与平衡套之间间隙很小，测量值为0.08mm，而说明书上明确规定，平衡鼓与平衡套之间间隙的合格范围为0.3-0.4mm之间，不符合规定。
　　经过逐一排查，确定了造成汽动给水泵推力瓦温度高故障的原因是平衡鼓与平衡套之间间隙过小。
　　4 汽动给水泵推力瓦温度高故障处理
　　针对平衡鼓与平衡套之间间隙过小这一问题，该厂经过分析讨论，采取了如下措施：（1）对平衡鼓与平衡套安装情况进行检测，发现安装工艺符合要求。（2）在平衡室与给水泵入口联通管上加装手动门，用以调整平衡回水流量，当汽动给水泵高转速运行，平衡鼓前后压差过大，产生的平衡力过大而造成非工作面推力瓦块温度过高时，可以通过调节手动门开度大小来调节平衡鼓前后压力差，降低平衡鼓产生的平衡力，从而减小推力瓦非工作面的受力，达到降低推力瓦温的目的。
　　经过处理后，将汽泵启动冲转至3500r/min，通过调整平衡回水流量，汽泵非工作面推力瓦温度稳定在55℃左右，将机组负荷带到满负荷，汽泵转速在4800r/min左右，给水流量2150t/h，汽泵工作面和非工作面推力瓦温度分别为58℃、61℃左右，均为正常工作温度，汽动给水泵推力瓦温度高缺陷消除。
　　5 结束语
　　经过分析与排查，该厂确定了平衡鼓与平衡套之间间隙过小是造成汽动给水泵非工作面推力瓦温度高的原因，在采取在平衡室与给水泵入口联通管上加装手动门调整平衡回水流量的方法后，成功的消除了汽动给水泵推力瓦温度高故障。目前，该汽泵已经稳定运行，各参数均正常并满足机组各工况运行要求，保障了机组的调试试验及安全稳定运行。
　　参考文献：
　　[1]关醒凡.现代泵理论与设计[M].中国宇航出版社，2011.
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