300 MW機(jī)組汽泵前置泵軸承損壞事例分析

（廣州恒運(yùn)電廠，廣東 廣州 510730）

恒運(yùn)電廠2×300MW發(fā)電機(jī)組自2008年起投運(yùn)，是達(dá)到亞臨界壓力的回?zé)崾饺济簷C(jī)組，單臺(tái)機(jī)組中，給水泵系統(tǒng)由1臺(tái)電動(dòng)給水泵、2臺(tái)汽動(dòng)給水泵作為升壓設(shè)備。由于經(jīng)濟(jì)性原因，發(fā)電機(jī)組日常運(yùn)行時(shí)，只啟用2臺(tái)汽動(dòng)給水泵，電動(dòng)給水泵作備用。汽動(dòng)給水泵分為汽泵主泵與汽泵前置泵，分別布置。汽泵主泵由小汽機(jī)提供動(dòng)力，汽泵前置泵則由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。汽泵前置泵是上海電力修造廠生產(chǎn)的，型號(hào)為FA1D56型，該型號(hào)汽泵前置泵的軸承曾多次發(fā)生事故。其中2013年11月的燒軸承事故最為嚴(yán)重，需要對(duì)整泵進(jìn)行緊急解體搶修。事后，對(duì)次事故進(jìn)行分析，制定了有效措施，防止同類事故再次發(fā)生。另外，隨著電網(wǎng)調(diào)度對(duì)發(fā)電機(jī)組參與調(diào)峰的能力要求越來越高,甚至承擔(dān)基本負(fù)荷的大容量機(jī)組也需要參與調(diào)峰運(yùn)行或降負(fù)荷運(yùn)行,必須保證電站泵組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。下面以2013年11月的燒軸承事故為例展開分析。

1 軸承故障情況及原因分析

1.1 故障情況

2013年11月09日凌晨，運(yùn)行人員巡檢發(fā)現(xiàn)，其中一臺(tái)汽泵前置泵自由端的軸承箱發(fā)熱嚴(yán)重，伴有較大振動(dòng)與異響，需要緊急停泵。解體檢查后，發(fā)現(xiàn)自由端軸承燒壞，損壞嚴(yán)重，如圖1、圖2所示。經(jīng)過3天的緊急搶修后，重新投入運(yùn)行。

圖1燒壞的自由端軸承座

圖2燒壞的自由端軸承

1.2 原因分析

FA1D56型汽泵前置泵，為水平中分式，單級(jí)雙吸泵。傳動(dòng)端為徑向滾柱軸承，型號(hào)N315。自由端為兩個(gè)圓錐滾柱背靠背安裝，型號(hào)30314，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。軸承潤滑方式為油浴潤滑，外加骨架油封，形成密閉的型腔。軸承箱外接冷卻水對(duì)箱體進(jìn)行冷卻。該泵只配有軸承溫度探頭，當(dāng)溫度達(dá)到80°C報(bào)警，且沒有停泵保護(hù)裝置。

圖3 FA1D56型汽泵前置泵自由端結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)備歷史趨勢(shì)記錄，自由端軸承溫度在2013年11月08日晚9點(diǎn)，軸承溫度開始有緩慢的上升，當(dāng)時(shí)溫度為52°C，到次日凌晨2點(diǎn)，在短短10多分鐘內(nèi)溫度從原來的65°C飆升到322°C，然后保持不變。如圖4曲線上升線所示。

圖4汽泵前置泵運(yùn)行記錄

檢修后，機(jī)修專業(yè)對(duì)事故的現(xiàn)象及原因進(jìn)行了仔細(xì)的研究與分析：

（1）根據(jù)工作票記錄，自2011年#9機(jī)大修后，該泵運(yùn)行的狀態(tài)一直平穩(wěn)。在運(yùn)行過程中，溫度、振動(dòng)都處在正常水平，可排除安裝，或軸承選型誘發(fā)的軸承發(fā)熱的原因。

（2）根據(jù)廠家的結(jié)構(gòu)圖可知，自由端軸承箱內(nèi)的配合間隙有三，轉(zhuǎn)軸與軸承內(nèi)孔的配合、軸承箱與軸承外圈的配合、軸承的軸向游隙。根據(jù)解體情況，沒有發(fā)現(xiàn)部件與配合間隙的異常，可以排除配合松動(dòng)是誘發(fā)的軸承發(fā)熱的原因。

（3）由于軸承的潤滑方式為油浴潤滑，無外接潤滑油泵，日常有專人負(fù)責(zé)加油，油品、油質(zhì)均有保障。另外，檢修過程中，也對(duì)軸承箱的冷卻腔進(jìn)行水壓試驗(yàn)，無掉壓現(xiàn)象。所以軸承室混入雜質(zhì)和油質(zhì)變壞，導(dǎo)致軸承發(fā)熱可能性不大。

（4）解體時(shí)，發(fā)現(xiàn)自由端軸套有較深的凹槽，如圖5所示。該軸套作用為：一是，為軸承的軸向位置定位；為保護(hù)轉(zhuǎn)軸，代替其與骨架油封作動(dòng)靜摩擦，二是，形成潤滑油的密封腔。當(dāng)軸套光滑的表面被磨損，乃至出現(xiàn)凹槽，骨架油封對(duì)軸套的緊力會(huì)不斷減少，唇口線比壓不斷下降，密封性能亦不斷減弱。根據(jù)文獻(xiàn)[1]，油封密封的設(shè)計(jì)，骨架油封的過盈量公差值，如表1所示。

圖5解體后發(fā)現(xiàn)軸套有磨損凹槽

表1骨架油封的過盈量公差

經(jīng)過測量，軸套原本直徑為85 mm，磨損處的直徑只有84.2 mm。根據(jù)線速度v=2πrf，電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500 r/min，v=13.345m/s，屬于高轉(zhuǎn)速。按照油封過盈公差表，油封的唇口直徑d=d0=85 mm。骨架油封與軸套之間有空隙，運(yùn)行中潤滑油容易泄漏。若軸承箱內(nèi)的潤滑油不斷泄漏，軸承產(chǎn)生的熱量超過潤滑油能冷卻的熱量時(shí)，軸承溫度會(huì)不斷上升，乃至燒壞。這個(gè)推論比較符合設(shè)備記錄的溫度趨勢(shì)，所以因?yàn)楣羌苡头馀c軸套密封能力的下降導(dǎo)致漏油，使軸承燒壞的可能性比較大。

但軸套為什么會(huì)被磨損，而骨架油封完好？根據(jù)廠家上海電力修造廠的資料FA1D56型汽泵前置的軸套，材料為1Cr17Ni2。雖然不知道該軸套的具體熱處理工藝。但根據(jù)文獻(xiàn)[2]可知，其淬火溫度980~1 050°C，油冷或空冷，硬度為44~51 HRC；回火溫度為275~300°C，硬度≥40 HRC；回火溫度為560~605°C，硬度為26~34 HRC。而根據(jù)文獻(xiàn)[3]，丁腈橡膠的硬度為80~95 HS，約為59~67 HRC?？赏茢嗄承┣闆r下，丁腈橡膠的硬度比1Cr17Ni2要高，并經(jīng)過長期摩擦后，軸套自然會(huì)被磨出凹槽。

2 改進(jìn)及預(yù)防措施

綜上分析，針對(duì)具體情況做出了相應(yīng)的改進(jìn)及預(yù)防措施，具體如下：

（1）加油時(shí)，必須用帶有細(xì)密濾網(wǎng)的漏斗進(jìn)行加油，防止異物及污染物進(jìn)入軸承室。

（2）由于軸套是由原廠家供應(yīng)的，更改材質(zhì)涉及問題比較多。而骨架油封是外購的，可以自主選擇硬度較低的材料，例如氟橡膠或硅橡膠等硬度較低的材料。

（3）增加測量振動(dòng)的速度值探頭，因?yàn)槟壳爸慌溆袦囟葴y量探頭，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的反應(yīng)顯示有相當(dāng)大的滯后性，無法對(duì)設(shè)備進(jìn)行良好的狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)測。增加速度值探頭，可以更好地檢測和診斷設(shè)備狀況。若從節(jié)約成本的角度考慮，也可使用移動(dòng)式振動(dòng)測量儀，對(duì)設(shè)備實(shí)施定人、定時(shí)、定位的檢測。雖然精度上會(huì)有相對(duì)大的誤差，但也滿足對(duì)設(shè)備狀況進(jìn)行檢測和診斷的要求。

3 改進(jìn)結(jié)果

后來經(jīng)綜合考慮，決定采納改進(jìn)建議的第一、第二條，該泵穩(wěn)定運(yùn)行至今，期間沒有再發(fā)生同類事件。而據(jù)運(yùn)行加油班的同事反映，定期外加補(bǔ)油的量也減少了，證明措施切實(shí)有效。

4 結(jié)束語

檢修工作永遠(yuǎn)會(huì)遇上新的問題，例如不會(huì)想到丁腈橡膠的硬度會(huì)大于某些不銹鋼的硬度。這需要置身其中的我們，多觀察，多思考，多總結(jié)，不斷積累，為遠(yuǎn)大的電力事業(yè)畫出屬于自己的一筆印跡。

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[3]付 平，常德工.密封設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[4]黃志堅(jiān)，高立新，廖一凡.機(jī)械振動(dòng)故障振動(dòng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

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