關于100SBⅡ—J型鍋爐給水泵軸向竄量過大問題的原因分析及探討

孫文龍　趙恒

摘 要：神華寧煤烯烴二套動力裝置P-292207調速型鍋爐給水泵運行過程中，狀態監測到給水泵軸向竄量過大，且泵體兩端軸承箱振值較大，超過報警值，拆檢后發現推力軸承磨損嚴重，且徑向軸瓦、平衡盤、平衡座、節流套都有磨損情況，配合間隙超出要求范圍。隨后對以上部件進行檢查更換，檢修后軸承箱振值較大的現象仍然存在，最終將給水泵的芯包抽出整體下線進行大修，解體后發現葉輪、密封環、導葉套磨損嚴重，最大位置的磨損間隙值已經達到了2.01mm（要求值0.45-0.54mm），隨后對葉輪、密封環進行修復，并按照廠家的數據資料和裝配要求，回裝給水泵，檢修結束后鍋爐給水泵運行正常，軸承箱的振動值滿足要求。現對給水泵軸向竄量過大問題的原因進行淺析，為后期鍋爐給水泵的檢修提供參考。

關鍵詞：多級泵；葉輪；軸向力；節流套；平衡盤

引言

烯烴二套動力裝置主要由4臺280t/h的循環流化床鍋爐組成，配套的鍋爐給水泵共計4臺，分別是2臺定速鍋爐給水泵、1臺汽動式鍋爐給水泵和1臺調速鍋爐給水泵，在裝置的運行中占據著核心地位，主要作用就是將具有一定溫度、除過氧的給水，提高壓力后輸送給鍋爐，以滿足鍋爐用水需要。在運行過程中狀態監測到100SBⅡ-J型調速鍋爐給水泵軸向竄量過大，兩端軸承箱的振動值較大（最大振速已經達到6.5mm/s，報警值為5.7mm/s）。隨后對兩端軸承箱進行檢查，對徑向軸瓦、推力軸瓦、平衡盤、平衡座、節流套進行檢查更換，經過多次拆檢后，軸承箱的振動值仍然存在，最后造成給水泵芯包下線進行大修。

1 鍋爐給水泵的結構

100TSBⅡ-JA型鍋爐給水泵為臥式雙殼體，內殼體為節段式多級離心泵，可在不移動進、出口管路情況下抽出內殼體進行維修，主要結構由泵外殼、進水段、中段、出水段、葉輪、軸、軸封裝置、平衡裝置和軸承組成。

2 軸的軸向力產生原因及大小

泵軸的軸向力大小為：F=∑（F1-F2+F3）。

2.1 葉輪前后蓋板受相同壓力面積差引起的軸向力F1

因為葉輪經前后蓋板不對稱，前蓋板在吸入孔部分沒有蓋板。另一方面，葉輪前后蓋板帶動前后腔內的液體旋轉，蓋板側腔內的液體壓力按拋物線規律分布。作用在后蓋板上的壓力與前蓋板對稱作用的壓力除口環以上部分相抵消外，口環下部減去吸入壓力所余壓力產生的軸向力，方向指向葉輪入口，此力就是F1。

2.2 動反力（反動力）F2

液體沿軸向進入葉輪，沿徑向或斜向流出，液流通過葉輪其方向之所以變化，是因為液體受到葉輪作用力的結果。反之，液體給葉輪一個大小相等方向相反的反作用力，即動反力F2。

2.3 葉輪入口的水推力F3

F1的大小與泵的揚程、葉輪尺寸、型式等因素有關；F2為液體的動反力（反沖力），其大小與泵的流量、速度變化情況有關；F3為葉片兩邊的壓力差，大小與葉片形狀有關；F2、F3在正常運轉時很小，可以忽略不計，所以正常運轉的多級泵軸向力約為∑F1。

軸向力F1經驗公式為F1=9.8KH1γπ（R2-r2）

式中：H1為揚程，m；γ為液體重度，kg/m3；R為口環半徑，m；r為葉輪輪轂半徑，m；K為與比轉速有關的經驗系數（具體可查表）[1]。

3 100TSBⅡ-JA型鍋爐給水泵運行過程中軸向力產生不平衡的原因及解決方法

100TSBⅡ-JA型鍋爐給水泵設計的平衡軸向力采用平衡盤來平衡軸向力，考慮到總有一定的殘余軸向力，同時裝設推力軸承，推力軸承為主副可傾瓦塊式推力軸承，轉子正常運行后推力盤與主副推力瓦塊均不接觸，同時采取狀態監測探頭對轉子的軸向位置進行監控；另外在泵體上安裝有平衡管來平衡一部分的軸向力。給水泵在運行過程中出現軸向位移增大，推力盤磨損嚴重，說明平衡裝置沒有起到平衡作用，平衡裝置失去作用。通過對100TSBⅡ-JA型鍋爐給水泵拆檢測得的數據可知造成軸向位移較大的原因及解決措施有以下幾條。

3.1 平衡盤配合間隙過大

通過拆檢發現運行過程中平衡盤截流套磨損嚴重，使得截流套與平衡座套間的間隙較大（測量值為0.60mm，報廢值為0.55mm），從而造成通過平衡盤的液體流量變化增大，且平衡盤與平衡座有明顯的磨損痕跡，破壞轉子的平衡狀態。解決方法：對截流套及平衡盤進行更換，更換后對平衡盤及平衡座進行接觸面檢測，基礎面積應≥80%。

3.2 葉輪口環磨損嚴重，級間通流間隙增大

通過拆檢檢查，發現各級葉輪口環和導葉密封環嚴重磨損，測得葉輪口環間隙最大值為2.01mm（標準值為0.45-0.25mm）；導葉密封環間隙最大值為1.34mm（標準值為0.10-0.48mm）。由軸向力F1經驗公式為F1=9.8KH1γπ（R2-r2）可知，當葉輪口環尺寸與葉輪輪轂變化較大時，軸向力變化較大，破壞了轉子的軸向平衡狀態，從而引起轉子的軸向竄動。解決辦法：對葉輪進行修復，調整葉輪口環間隙符合裝配要求。

3.3 轉子的動平衡狀態超出范圍

通過對泵軸進行彎曲度檢測，測得泵軸在第七級導葉密封處位置最大跳動值為0.07mm，使得泵軸彎曲度嚴重超標，不符合裝配要求，從而破壞了轉子的動平衡，使得轉子在運行過程中始終處于不平衡狀態，從而引起設備其他零部件的磨損及破壞，造成各項狀態監測超限。解決方法：對泵軸進行校軸處理，并對轉子進行動平衡試驗，對轉子動平衡進行調整。

經過分析，因100TSBⅡ-JA型調速鍋爐給水泵在鍋爐啟停過程中可以起到調節鍋爐給水量的作用，所以相對于其他給水泵啟停次數較頻繁。而工藝人員在啟停100TSBⅡ-JA型調速鍋爐給水泵過程中由于操作不當或頻繁啟停，造成泵軸彎曲、平衡盤截流套及平衡盤磨損，從而引起轉子動平衡被破壞，繼而引起葉輪口環磨損。最終導致轉子平衡裝置失效、軸向力不平衡，徑向軸瓦、平衡盤、平衡座、節流套及止推軸承磨損破壞，使得機泵不能穩定運行。在今后的生產過程中工藝應當細化100TSBⅡ-JA型調速鍋爐給水泵啟停步驟，嚴格按照操作規程進行操作，避免設備損壞。檢修人員應當總結檢修經驗，提高檢修技能，對癥下藥，及時準確消除設備缺陷。提高因轉子動平衡被破壞從而引起水泵軸向竄量過大的重視程度。

參考文獻

[1]趙麗雅.多級離心泵轉子軸向位移（竄量）的分析及調整[J].水泵技術，1997，3.