輔助給水電動(dòng)泵設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行技術(shù)研究與探討

溫青云

【摘 要】某核電站2臺(tái)輔助給水電動(dòng)泵（以下簡(jiǎn)稱(chēng)電輔泵）從安裝調(diào)試階段以來(lái)，頻繁發(fā)生故障，主要表現(xiàn)有筒體銹蝕嚴(yán)重、泵軸無(wú)法盤(pán)車(chē)、軸承溫度偏高以及振動(dòng)超標(biāo)等。通過(guò)長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月的分析處理，目前2臺(tái)電輔泵運(yùn)行情況基本正常。本文主要結(jié)合電輔泵缺陷處理的經(jīng)驗(yàn)反饋，對(duì)電輔泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的研究與探討，為電輔泵今后的運(yùn)行與維護(hù)提供技術(shù)支持，同時(shí)也為同類(lèi)型臥式多級(jí)離心泵故障處理提供參考意見(jiàn)。

【關(guān)鍵詞】多級(jí)離心泵；銹蝕；無(wú)法盤(pán)車(chē)；溫度偏高；振動(dòng)超標(biāo)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 概述

電輔泵為臥式雙殼體9級(jí)離心泵，內(nèi)殼體為整體抽芯式結(jié)構(gòu)。泵采用水平中心支承，泵的進(jìn)出口垂直向上布置，泵腳和進(jìn)出口法蘭通過(guò)螺栓與泵體連接。泵軸承為滾子軸承，采用稀油自潤(rùn)滑，軸承冷卻方式為空冷。泵的軸封采用集裝式機(jī)械密封，冷卻方案采用API682標(biāo)準(zhǔn)的Plan01方案。泵90%～95%軸向力由平衡鼓承受，殘余軸向力則由設(shè)置在泵自由端的一對(duì)圓錐滾子軸承平衡。

1 缺陷處理經(jīng)驗(yàn)匯總

1.1 筒體、泵蓋銹蝕嚴(yán)重

電輔泵首次全面解體時(shí)，發(fā)現(xiàn)筒體內(nèi)有大量的銹水，筒體和泵蓋表面氧化皮已因銹蝕而全面剝落[1]。經(jīng)翻查電輔泵運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)[2]和RCC-M材料采購(gòu)規(guī)范[3]，發(fā)現(xiàn)電輔泵筒體、泵蓋為16MnHD碳鋼材質(zhì)，而泵軸、葉輪、導(dǎo)葉、平衡鼓等零部件均為奧氏體不銹鋼材質(zhì)。

安裝調(diào)試期間，對(duì)管道沖洗為淡水，水質(zhì)中含有大量溶解氧和腐蝕性離子，奧氏體不銹鋼由于自身鈍化膜不容易被腐蝕，但碳鋼材質(zhì)會(huì)與水中氧化劑反應(yīng)，生成氧化鐵產(chǎn)物，就是俗稱(chēng)的鐵銹，而且ASG系統(tǒng)管道中殘余的銹水會(huì)隨灌泵進(jìn)入筒體內(nèi)。

由于調(diào)試進(jìn)度限制，不具備更換筒體和泵蓋材質(zhì)的條件，只能對(duì)銹蝕表面進(jìn)行打磨，同時(shí)投用正式除鹽水進(jìn)行保養(yǎng)。由于水質(zhì)中的氧化劑含量降低，能有效的降低碳鋼發(fā)生化學(xué)腐蝕，筒體和泵蓋銹蝕問(wèn)題能得到暫時(shí)緩解。

1.2 泵軸無(wú)法盤(pán)車(chē)

電輔泵其中一種工況為泵投入使用，但不影響蒸汽發(fā)生器水位，介質(zhì)走小流量旁路管線回ASG水箱，即主流量0m3/h+最小流量旁路7m3/h。但每次在此工況下進(jìn)行試車(chē)，停泵后，泵軸卡死無(wú)法盤(pán)動(dòng)。對(duì)電輔泵解體檢查，發(fā)現(xiàn)幾乎每級(jí)葉輪的背口環(huán)和面口環(huán)均有不同程度的半圈高速磨痕，平衡鼓同樣存在明顯的拉痕。

對(duì)電輔泵口環(huán)間隙和中分情況進(jìn)行檢查，測(cè)量的數(shù)據(jù)值均在其合格范圍內(nèi)。但是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行工況為主流量0m3/h+最小流量旁路7m3/h，而廠內(nèi)性能試驗(yàn)時(shí)并未在此工況下長(zhǎng)久運(yùn)行，同時(shí)廠家要求最小流量值為21m3/h。

由于泵運(yùn)行流量過(guò)低會(huì)導(dǎo)致泵的過(guò)流部件脫流損失、沖擊損失、渦旋損失進(jìn)一步加大，伴隨大量的水力噪聲和機(jī)械振動(dòng)，并對(duì)零部件形成疲勞磨損。同時(shí)最主要的是該工況遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，渦室內(nèi)液體流動(dòng)速度減少，根據(jù)速度三角形分析可知，葉輪內(nèi)液體流出速度反而增加，液體不能匯合，形成沖擊，壓力不斷增加，產(chǎn)生徑向力。這也許就是造成葉輪口環(huán)和平衡鼓磨損的根源。

針對(duì)以上情況，已經(jīng)對(duì)泵出口進(jìn)行技改，增加機(jī)械式小流量閥，保證介質(zhì)走小流量旁路管線自循環(huán)工況下，總流量滿足24m3/h的要求。

1.3 推力軸承溫度偏高

電輔泵推力軸承為一對(duì)角接觸球軸承，型號(hào)為31314J2/QCL7CDF。廠家技術(shù)文件指出軸承報(bào)警溫度為90℃，停機(jī)溫度95℃。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)推力軸承溫度高達(dá)88℃。雖然溫度穩(wěn)定在限制范圍內(nèi)，但數(shù)值已經(jīng)接近報(bào)警值，而且明顯比其他多級(jí)離心泵軸承正常運(yùn)行溫度高出20℃。軸承溫度偏高不僅會(huì)降低軸承的使用壽命，同時(shí)還會(huì)加速潤(rùn)滑油變質(zhì)，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行造成巨大的威脅。

通過(guò)對(duì)比不同工況，額定流量比小流量工況軸承溫度稍有減小，但相差不大，從側(cè)面說(shuō)明軸向推力不是導(dǎo)致溫度偏高的原因。同時(shí)，在對(duì)電輔泵解體檢查時(shí)，特意對(duì)軸承的磨損情況、裝配尺寸、軸向和徑向游隙進(jìn)行檢查，也均沒(méi)有任何問(wèn)題。最后，通過(guò)對(duì)比其他多級(jí)離心泵，發(fā)現(xiàn)軸承冷卻方式存在較大差異。

電輔泵推力軸承采用稀油潤(rùn)滑和冷卻，通過(guò)甩油環(huán)攪動(dòng)，潤(rùn)滑油自身為空冷，僅依靠潤(rùn)滑油表面與空氣進(jìn)行熱交換，無(wú)任何其他輔助措施。其它多級(jí)離心泵采用空冷設(shè)計(jì)時(shí)，都相應(yīng)加裝空氣強(qiáng)制循環(huán)裝置，例如泵軸尾部增加風(fēng)扇，加強(qiáng)滑油與空氣換熱效果。

為了驗(yàn)證是否是軸承冷卻方式不當(dāng)，引起軸承溫度偏高。在運(yùn)行期間，通過(guò)一臺(tái)大功率軸流風(fēng)機(jī)對(duì)軸承進(jìn)行冷卻，其溫度立即下降，并維持在68℃左右，效果明顯。

1.4 振動(dòng)超標(biāo)

電輔泵驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值5.8mm/s，超出標(biāo)準(zhǔn)要求4.5mm/s范圍。通過(guò)頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)量，非驅(qū)動(dòng)端是整整100HZ占主導(dǎo)，即電網(wǎng)二倍頻偏高。

電網(wǎng)二倍頻偏高，根據(jù)相關(guān)學(xué)習(xí)資料[4]和經(jīng)驗(yàn)，一般都是與電機(jī)側(cè)有關(guān)。通過(guò)停泵后，觀察到振動(dòng)值并沒(méi)有立即消失，證明與電機(jī)電磁無(wú)關(guān)，則振動(dòng)很有可能與電機(jī)基礎(chǔ)有關(guān)。為了驗(yàn)證電機(jī)基礎(chǔ)是否存在問(wèn)題，在運(yùn)行時(shí)，逐個(gè)松電機(jī)與基礎(chǔ)板的連接螺栓（松完一顆驗(yàn)證完后立即擰緊，驗(yàn)證下一個(gè)），發(fā)現(xiàn)電機(jī)右側(cè)斜對(duì)的兩顆螺栓在松完后，振動(dòng)立即降至合格范圍內(nèi)，說(shuō)明電機(jī)虛腳是造成非驅(qū)動(dòng)軸承振動(dòng)超標(biāo)的根源。通過(guò)在電機(jī)虛腳螺栓下墊不銹鋼皮，消除虛腳，再次進(jìn)行試車(chē)，振動(dòng)值為2.2mm/s，數(shù)據(jù)合格。

2 總結(jié)

通過(guò)經(jīng)驗(yàn)匯總，我們可以看出國(guó)產(chǎn)的多級(jí)離心泵在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面仍有很多的不足，例如廠家在材質(zhì)選型上考慮不周密，也許所選的材質(zhì)能滿足機(jī)械強(qiáng)度和硬度的要求，但是其防腐能力肯定較差，長(zhǎng)期腐蝕最終也會(huì)導(dǎo)致機(jī)械性能的散失。同樣還有軸承溫度問(wèn)題，廠家設(shè)計(jì)時(shí)明明可以考慮更好的冷卻方式，但最終卻選擇比較原始的散熱方式。

當(dāng)然，通過(guò)部分缺陷的產(chǎn)生，也與現(xiàn)場(chǎng)的安裝，以及對(duì)離心泵運(yùn)行工況不熟悉而造成。希望通過(guò)此論文對(duì)類(lèi)似的多級(jí)離心泵碰到相同情況時(shí)，能起到良好的借鑒意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]ISO 8501-1：2007“涂裝油漆和有關(guān)產(chǎn)品前鋼材預(yù)處理——表面清潔度的目視評(píng)定”.

[2]上海阿波羅機(jī)械股份有限公司.輔助給水電動(dòng)泵RCC-M材料采購(gòu)規(guī)范[S].2011-08-05，D版.

[3]上海阿波羅機(jī)械股份有限公司.輔助給水電動(dòng)泵設(shè)備安裝運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)[S].2013-07-21，A版.

[4]陳宇東.結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析[M].吉林大學(xué)出版社，2008.

[責(zé)任編輯：田吉捷]