SQ300—670型汽泵前置泵缺陷原因分析及治理

摘要：通過對SQ300-670型汽動給水泵前置泵結構進行研究，對低流量串軸、能耗大原因進行分析，找出引起水泵穩定性和經濟性差的主要原因，提出解決的方法和措施，并予以實施。

關鍵詞：穩定性 比轉數 揚程 軸承溫度 機械密封 注水

1 概述

某發電廠5-8號機組為600MW亞臨界空冷機組。其給水系統每臺機配置2臺上海KSB泵業有限公司生產的50%容量SQ300-670型前置泵。主要設計參數如下：型號為SQ300-670，設計流量Q=1177m3/h，設計揚程H=147m，轉速n=1490r/min，設計效率η=83.5%。配用上海電機廠生產的630KW電動機。

2 存在的問題

筆者09年3月接手#5-#8機維護以來，在工作中發現這八臺汽前泵均存在著低流量時轉子抖動串軸，多次造成機械密封、非驅動端推力軸承損壞和機械密封冷卻腔室密封墊泄漏及泵體接合面泄漏，嚴重時出現“啃軸”，正常運行時非驅動端軸承溫度經常高達65-70℃，經常需要在軸承室外部接冷卻水管進行外部冷卻。這一切給我們的維護工作帶來了極大地困擾。通過一年多的維護經驗總結，汽前泵存在下列主要問題：

2.1 運行穩定性差。低流量運行中振動較大且存在明顯串軸，且在起機時表現尤為明顯。此外還存在噪音大，推力軸承溫度高、損壞快以及機械密封損壞等問題，嚴重時出現葉輪鎖母松動退扣，葉輪“啃軸”事故。

2.2 冷卻腔及泵體密封墊易泄漏，泄漏后只能帶壓堵漏（由于位置不好帶壓堵漏效果不佳）或堅持到停泵處理，維修困難。

2.3 汽前泵冷態啟動注水時靠運行人員手動開汽前泵入口電動門注水，在注水過程中曾經出現過機封炸裂。

2.4 泵效率低，耗電大，最高運行效率只有77.67%，較設計值低得太多，密封間隙大，高達2mm以上，有較大節能潛力。

3 汽前泵穩定性差及經濟性差原因分析

3.1 穩定性差的原因分析。SQ300-670型泵采用雙吸葉輪，其設計比轉數為51.7，屬于低比轉數泵。眾所周知低比轉速泵的特點為低流量高揚程，且揚程曲線會出現駝峰，在低流量運行時會出現不穩定工況。這種泵在葉輪的外形設計上吸入口小、葉輪直徑大、重量大。低流量運行時，泵內流動要發生旋轉失速、流動顫抖和壓力脈動，軸向力明顯波動增大，無法平衡，造成轉子抖動串軸，加上泵殼為單蝸式，低流量時產生較大的徑向力，經計算50%額定流量時徑向力高達756.5Kg，使轉子繞度大大增加，引起密封環快速磨損和軸的疲勞損壞。此外葉輪流道制造工藝欠佳，兩側蓋板對稱性差，加劇破壞了轉子的穩定性，從而造成了軸承溫度高，轉子抖動串軸，逐步發展到鎖母退扣松動，出現葉輪“啃軸”等問題。

近年來機組啟動時常常采用汽泵啟動而拋棄了電泵啟動，這樣在起機過程中能夠節省大量的廠用電。但是由于鍋爐上水時采用了汽前泵上水，此時汽泵出口門全關，通過增壓級管路上水。此工況下，通過汽前泵的流量遠遠小于汽前泵的額定工作流量，且流量的擺動較大。因此造成了汽前泵明顯的串軸，給推力軸承和機械密封都造成了極大的負擔。在實際運行中就發生過一起由于起機過程中長達十幾個小時單汽前泵運行而造成機械密封損壞，且推力軸承鎖母松脫，軸承套固定鍵啃軸的事故。

原制造裝配工藝欠妥：葉輪與軸的配合采用滑裝，其間隙較大均在0.1mm及以上，由于葉輪直徑大，重量大。轉子在波動增大的軸向力和徑向力的沖擊下，葉輪鎖母雖有鎖緊墊圈，運行不久就松動退扣，出現葉輪“啃軸”、斷軸現象。在去年的維護過程中就出現了7A汽前泵3個月內連續更換三次的事件，其原因都是由于泵軸斷裂。

汽前泵啟動前注水時，無專用注水管道，依靠運行人員手動略開入口電動門來實現注水，由于此門較大（DN450），且為閘板閥，調節性差，因此很難控制注水時的速度。若是注水速度過快，就會造成機械密封處溫差大，形成較大的熱應力而造成機械炸裂。

冷卻腔與泵體密封墊頻繁泄漏原因主要是設計不合理所致，最窄密封面只有3-5mm寬，且殼體密封面不是一個完整平面，由于水泵低流量轉子串軸抖動對冷卻腔的沖擊和熱變形等原因，造成結合面上的高壓石棉墊極易發生泄漏。在漏量較小的時候通常采用監控運行，暫不處理。但是汽水的泄露給文明生產帶來了極大的影響。

3.2 經濟性差的原因分析。除汽前泵效率低以外，過大的可用汽蝕余量是汽前泵經濟性差的根本原因。汽前泵的作用是在給水進入汽泵前提供一定的壓力，以保證汽泵不汽蝕，根據安全穩定性分析和國內外前置泵安全經濟使用情況分析，按可用汽蝕余量NPSHa=（2.0～2.4）NPSHr的要求選擇配置前置泵設計揚程，汽動主給水泵是安全可靠的，而且是經濟的。在滿負荷（600MW）工況下汽前泵的揚程為138.56m，再加上除氧器對前置泵的倒灌高度為26.5m，扣除葉輪入口流動損失及管道阻力（含主泵前流量表的壓損）和汽動主泵標高后，仍有可用倒灌高度10.6m，可用汽蝕余量NPSHa=149.16m，為NPSHr=45m的3.31倍，可見明顯高于最佳范圍，必須削減揚程。經優化計算前置泵的揚程可減少35-40%（約50m），即改后泵的揚程為90m左右，再加上可用的倒灌高度10.6m，可用汽蝕余量NPSHa=100.6m左右，為汽動主泵的必需汽蝕余量45m的2.24倍，完全可滿足汽泵的汽蝕余量要求，這樣不但提高了前置泵的安全穩定性，而且經濟性明顯提高。

4 處理方法探討

4.1 設備改型。2010年4月，7C檢修時，利用小修時間，KSB廠家來人對#7機A、B汽前泵進行了節能改造。其改造的思路主要是削減揚程，提高水泵低負荷穩定性；在保證負荷最大時軸承溫度不超標的情況下，調整軸承游隙，具體實施方案內容如下：

4.1.1 采用車削辦法，削減揚程將泵改小，減少低流量時軸向力與徑向力波動和增大的問題，提高轉子的剛度和流動穩定性。

4.1.2 進行泵的通流部分改造，對原葉輪和蝸殼局部關鍵型線進行優化改進，來提高泵的效率與汽蝕性能。

4.1.3 將葉輪與軸的滑動配合改為過渡配合，增強轉子的穩定性。

4.1.4 對冷卻腔進行加裝兩道耐熱膠圈的密封改進，解決經常泄漏問題。

4.1.5 調整推力軸承游隙，控制在0.10-0.15之間，并將軸承外圈壓死。

4.1.6 高標準嚴要求進行檢修組裝。

水泵解體后，采用專利技術對原葉輪局部關鍵葉形進行改進，提高配套性、穩定性和水泵效率。冷卻腔采用加工特殊圈槽安裝φ5.7mm和φ3.5mm兩道O形耐熱膠圈，改進密封方式，提高密封效果。對蝸殼隔舌打磨呈魚頭形，對所有部件進行了仔細清洗，更換了葉輪密封環、支持軸承，保證軸彎曲在0.04以內。葉輪與泵軸改為過渡配合，安裝時采用熱裝，并保證葉輪處于正中位置，清理冷卻腔與泵體結合面，消除毛刺、劃痕，連接螺栓緊固均勻。中分面密封墊與冷卻腔配合部分，采用留余量，涂密封膠緊固中分面螺栓后用刀割加工成型，并修理光滑，保證無短缺且配合嚴密。機械密封安裝后用卡塊鎖死，并認真調整安裝軸承，嚴格控制推力軸承游隙為0.10～0.15mm，同時保證軸承外圈與軸承蓋壓死無間隙。改造后汽前泵一次啟動成功，運行安全穩定，軸承無異音，改造前機組滿負荷汽前泵電機電流分別為49.3A、48.3，改造后電流為33.6A、32.6A，下降了15.7A，大大地降低了廠用電。機組起機及低負荷時串軸均明顯減小。非驅動端軸承溫度比改前降低了8℃。

4.2 給水系統管路改造。利用停機檢修機會，在汽前泵入口門處加裝了Φ25的旁路管作為注水管，此門平時關閉，注水時開啟，利用入口管道注水。Φ25的管徑保證了注水門全開的情況下1.5小時可將給水管道內注水至汽泵處，控制了注水速度。避免了注水過快引發的各種受熱不均問題。根本上消除了機械密封炸裂的可能。

此外還在汽前泵的出口管上增加了一路再循環，管道引出至除氧器再循環泵的出口管路。在低負荷時及汽前泵單泵運行而給水泵尚未投運時保證了較大的前置泵流量，避開了泵的揚程曲線的駝峰處，保證了泵的安全運行。

4.3 運行方式的改變。和發電部在起機方式的認識上取得了一致。盡量地避免采用汽泵直接啟動起機的運行方式。雖然此方式在節省廠用電上沒有優勢，但是安全的啟動方式帶來了設備的安全及長周期的運行。長周期的運行也降低了電泵投運率，節省了廠用電。

5 結論

通過一年多的汽前泵改造治理，汽機維護不但保證了汽前泵的運行安全，提高了設備的運行周期，減少了維護費用及備品備件的消耗費用。且通過#7機汽前泵的成功改型，對其他機組的汽前泵也有了明顯的示范意義。

參考文獻：

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