淺析秦山第二核電廠熱水循環泵軸承燒毀事件

劉德軍　代巍巍　侯志華　郭藝輝

摘要：文章論述了秦山第二核電廠SES熱水循環泵軸承燒毀故障的原因分析，通過現象分析和理論計算發現是軸向力過大導致的軸承燒毀，最終通過改進葉輪平衡孔的尺寸減小了軸向力，解決了該水泵的軸承燒毀缺陷。文章對葉輪的軸向力進行了計算，有助于提高檢修人員對水泵軸向力的認知和檢修能力。

關鍵詞：核電廠；熱水循環泵；軸承燒毀；葉輪；軸向力；平衡孔 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM623 文章編號：1009-2374（2015）22-0137-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.067

1 概述

秦山第二核電廠SES（熱水生產系統）系統以95℃的熱水，向核島及常規島用戶供熱。SES系統由兩臺熱水循環泵運行維持恒定的循環水量。熱水循環泵型號為SB-X125-100-230，是臥式單級離心泵。2013年12月、2014年9月和2014年12月1SES201PO熱水泵連續三次軸承燒毀。嚴重影響了該系統的正常運行。

筆者介入分析前，檢修人員已對水泵基礎進行調整，并改造了軸承的潤滑系統，排除了基礎振動和潤滑不良以及軸承本身制造缺陷等的可能，但仍然無法有效解決該泵的軸承燒毀問題。

本文作者對燒毀原因進行了分析，經過理論計算驗證了軸承燒毀的根本原因是口環間隙過大導致葉輪平衡孔無法有效平衡軸向力，軸向力過大導致軸承磨損燒毀，最終通過增大葉輪平衡孔直徑以減少軸向力解決了該泵的缺陷，并結合實際，提出后續對軸承進行換型的方法，以從根本上解決此問題。

2 缺陷分析及問題處理

該泵是臥式單級離心泵，型號為SB-X125-100-230。采用兩個脂潤滑的深溝球軸承支撐。葉輪根部有7個均布的平衡孔來平衡軸向力。使用機械密封，使用彈性塊聯軸器。靠背輪與軸使用鍵傳動。

三次損壞均是軸承完全燒毀。檢查發現泵側聯軸器端面磨損（經測量深約2mm），驅動端軸承端蓋磨損，聯軸器無松動；解體軸承箱，發現泵軸整體位移（經測量約9mm），非驅動端軸承保持架變形、滾動體磨損，驅動端軸承損壞，泵軸燒損，非驅動端軸承端蓋磨損；檢查葉輪，未見明顯擦痕；電機無明顯異常。

檢修人員經過分析認為有以下可能原因：軸承本身質量問題、軸承潤滑不良、系統波動導致泵瞬態變化、振動導致損壞、軸向力過大。在筆者介入分析之前，檢修人員已經安排了熟練技工進行檢修，將原先的SKF6306深溝球軸承更換成自身帶有防塵蓋的SKF6306-2Z軸承，以改善其潤滑條件，并對軸承支座進行復核，以排除支座振動等問題。且前面幾次檢修后設備再鑒定時并未發現有振動過大的現象，故排除振動原因。

從軸承保持架斷裂和靠背輪與軸承箱的摩擦上分析，顯然轉子部件往葉輪方向竄動很大。竄動的原因既已排除了軸承本身故障，顯然軸向力是一個重要因素。且SKF6306軸承是深溝球軸承，本身并不能承受較大的軸向力載荷。故筆者對軸向力進行了計算：

很顯然，不平衡力非常大，且由于軸承是非推力軸承，難以承受大量的軸向力，故軸承很容易損壞甚至燒毀。進而導致葉輪竄動，導致水泵動靜磨損。

一般來說，平衡孔的面積是口環間隙過流面積的5～8倍，該泵的平衡孔面積遠遠沒有達到口環間隙的5倍，故平衡孔很難起到實際的作用。根據GB/T 16907-1997離心泵技術條件，直徑在125～150mm的，動靜密封處的最小直徑間隙為0.43mm。超過150mm的增加0.025mm。SES熱水泵的口環出直徑159mm，其最小直徑間隙為0.43+0.025=0.455mm。考慮到該泵的口環直徑間隙1.25mm比較大，建議更換葉輪。新葉輪口環直徑間隙0.8mm，幾乎是標準的直徑間隙的2倍，且該間隙無法通過檢修調整。

新葉輪自帶的平衡孔尺寸6.2mm，比舊葉輪的5.04mm大。下面計算新葉輪的軸向力：

計算勢揚程Hp如下：

ηn=0.8667；Ht=72.69m；U2=45.48m/s；Hp=60.17

密封間隙阻力系數：

密封間隙過流面積：

Fm=0.159*3.14*0.0004=1.997*10-4m2

平衡孔總面積：

平衡孔總面積線速度：

取平衡孔阻力系數ζb=2

平衡孔的泄露量：

泄露量占比：

平衡孔的平衡力：

可見新的平衡孔比舊平衡孔的平衡力大了許多。但對于總的軸向力來說，仍然不足50%。

工程師對平衡孔擴孔的可能進行了計算，最終若將平衡孔直徑d擴成10mm，其平衡力A1=5296N，擴孔后，若不考慮平衡反力，剩余軸向力A剩余=A1-A1=2515N，若考慮平衡反力，則剩余軸向力還會小一些。

平衡孔擴大后會影響回流的流量，且擴大到一定程度之后平衡孔兩側壓力趨向一致，其平衡效果的增加就不明顯了。平衡孔擴成10mm是一個比較優良的值，其軸向力平衡變成了原先的6倍左右。筆者也對平衡孔再擴大進行了計算，從10mm增加到12mm，其軸向力平衡僅僅增加了幾百牛，效果已經不明顯了，但是會增大流量損失，故檢修人員將平衡孔擴孔至10mm。

3 處理結果

根據計算結果，確認是軸向力過大引起的軸承磨損后燒毀。檢修人員將新葉輪的平衡孔擴孔至10mm。再鑒定時一次成功，設備振動參數良好。至筆者發稿日時該泵仍然穩定運行。但是該泵的深溝球軸承不能承受較大的軸向力，且以后更換葉輪或者口環磨損之后又難免會造成軸向力的增大。筆者建議后續對泵軸承進行改造，改造成可承受軸向力的角接觸球軸承可確保無憂。

4 結語

本文通過對SES熱水泵的軸承燒毀故障進行分析，通過理論計算結合實際推理的方法判斷出軸向力過大的根本原因，并通過理論計算對平衡孔進行擴孔，最終解決了軸承燒毀問題。并根據該泵的實際情況，提出了最終解決該問題的建議。檢修工程師應掌握設備結構設計的一定理論基礎，本文的工程經驗有利于提高檢修人員對水泵軸向力的認知并提高檢修水平。

作者簡介：劉德軍（1982-），男，浙江江山人，中核核電運行管理有限公司工程師，研究方向：核電廠主泵。

（責任編輯：蔣建華）