350 MW汽輪機汽動給水泵推力瓦工作面燒損原因分析

王廣庭，徐萬兵，王海明

（國網湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077）

0 概述

某2×350 MW火電工程1號機組A汽動給水泵為上海凱士比泵業有限公司生產雙層殼體多級離心式泵，型號為CHTD577，額定工作條件下：進水壓力1.37 MPa，出水壓力32 MPa，入水溫度171℃，出水流量為622 m3/h，揚程3 488 mH2O，額定轉速5 564 r/min，抽頭壓力12.6 MPa，抽頭流量25 m3/h，旋轉方向順時針（從小機往泵方向看）。給水泵在正常運行過程中的軸向推力由平衡鼓（或平衡盤）和推力瓦共同承擔。其中絕大部分軸向推力由平衡鼓（或平衡盤）承擔，剩余的軸向推力和在特殊情況下產生的附加軸向推力由推力瓦承擔。

該泵自啟動后，在一周之內，連續發生過兩次推力瓦燒損事故。

1 給水泵推力平衡原理[1-7]

給水泵葉輪流出的液體有一部分通過縫隙回流到葉輪蓋板的兩側，使作用在葉輪兩側的壓力不相等，因此產生一個指向泵吸入口并與軸平行的軸向推力，它推動泵轉動部分離開工作位置并向泵吸入口移動。為了保證泵在正常運行時始終在工作位置，給水泵設計有由平衡盤（或平衡鼓）及推力瓦共同平衡軸向推力的綜合平衡裝置。

平衡裝置的工作原理為：平衡裝置布置在泵出口端末級葉輪后，依靠3個串聯的間隙節流作用產生平衡壓差而工作的。如圖1所示，3個間隙分別為平衡盤與平衡套之間的徑向間隙S1，平衡盤與支承環之間的徑向間隙S2，平衡盤與平衡套之間的軸向間隙SE。泵工作時，S1，S2是不變的，SE是變動的，各間隙均有水流過。平衡水來自給水泵末級葉輪出口，依次經S1，SE，S2節流降壓后流到平衡盤后側，平衡盤后側的水又通過專用管線引入給水泵入口管路。因平衡盤前的水壓力高于平衡盤后的水壓力，所以平衡裝置中便產生了一個與泵軸向力相反的平衡力，使轉子軸向作用力達到平衡狀態。

當水泵工況改變，即軸向力與平衡力不等時，轉子就會前、后串動，如軸向力大于平衡力轉子向吸入口移動，軸向間隙SE減小，使得平衡盤前壓力增大，也即平衡盤前后壓差增大，使平衡力隨之增大，轉子就向吐出端移動，直至與軸向力平衡為止，反之亦然。由此可見，平衡裝置在平衡軸向推力時，能夠隨著軸向力的變化自動調節平衡力的大小，但平衡裝置不能完全平衡軸向力，剩余的5%～10%的軸向力由推力軸承來承受。

圖1 平衡裝置原理簡圖Fig.1 Balance device principle diagram

2 推力瓦燒損情況及數據分析

10月20日8時30分，A汽泵第一次沖轉帶負荷運行，參數正常。11月21日18時16分，A汽泵轉速5 221 r/min，泵出口壓力28.9 MPa，推力瓦內/外側溫度（內側為工作面溫度）為61.5/54℃。18時19分35秒，A汽泵轉速5 308 r/min，推力瓦內側溫度為102℃。18時20分，A汽泵轉速5 322 r/min，泵出口壓力29.6 MPa，推力瓦內/外側溫度為160/65.7℃。18時21分04秒，A汽泵5 322 r/min，泵出口壓力29.6 MPa，推力瓦內/外側溫度為185/66℃。10月21日18時24分，打閘停泵。第一次運行曲線如圖2所示，推力瓦磨損情況如圖3所示。

10月23日，拆開A汽泵推力瓦，發現工作面磨損嚴重，烏金基本磨掉。現場更換新的推力瓦后，準備再次啟動。10月30日5時0分，A汽泵第二次沖轉，準備給鍋爐做水壓試驗。17時34分，當A汽泵轉速3 818 r/min，泵出口壓力18.7 MPa，推力瓦內/外側溫度為61/43℃，皆正常。17時42分15秒，A汽泵4 045 r/min，泵出口壓力20.8 MPa，推力瓦溫開始上升，推力瓦內/外側溫度為65/44℃。17時42分27秒，A汽泵轉速4 090 r/min，泵出口壓力21.2 MPa，推力瓦內/外側溫度為67/45℃。開始降A汽泵轉速，17時42分46秒，A汽泵轉速降至3 763 r/min，泵出口壓力21.2 MPa，推力瓦溫度仍然上漲，推力瓦內/外側溫度為101/48℃。此時打閘停泵，轉速下降，在轉子惰走過程中，A汽泵推力瓦內側溫度最高升至106℃，此時泵轉速為1 913 r/min，隨后推力瓦溫才開始迅速下降。第二次運行曲線如圖4所示。

圖2 第一次啟動推力瓦轉速和瓦溫曲線Fig.2 For the first time start the thrust bearing rotation speed and temperature curve

圖3 第一次沖轉后汽泵推力瓦磨損照片Fig.3 After the first time rolling up the thrust bearing broken photos

圖4 第二次啟動推力瓦轉速和瓦溫曲線Fig.4 Second startup thrust bearing rotation speed and temperature curve

3 原因分析及處理措施

給水泵的軸向力是采用雙徑向間隙，與軸向間隙聯合裝置的平衡機構進行消除的，它能承受軸向力，而剩余的則由推力軸承所承受。兩次瓦塊燒損造成了工作瓦塊全部燒損，瓦面上的烏金層被磨損。第一次啟動燒瓦后，檢修人員認真細致地檢查了泵、推力軸承、潤滑油三大方面的因素，并在安裝中做到準確無誤。第二次啟動推力瓦塊再次燒損，根據給水泵軸向推力平衡原理可以判斷瓦塊燒損的主要原因是軸向力平衡裝置調整不當所造成的。根據以上理論分析，對原平衡裝置進行測量的結果為：平衡盤與平衡套之間實際測量間隙（SE）為1.1 mm，原設計值為0.25 mm，實測值比設計值大了0.85 mm。因此，當泵的轉速較高且泵出口壓力較大時，為了平衡泵進出口壓力差產生的推力，平衡盤和平衡套之間的間隙就會不斷的縮小。當間隙還沒有減小到足以平衡進出口壓差產生的推力，此時，推力瓦工作面已經承受了較大推力，因此，推力瓦工作面兩次在高壓狀態下均產生了燒損。

在第二次推力瓦燒損后，對平衡盤和平衡套的間隙從1.1 mm，調整到了設計值0.25 mm。11月2日，第三次啟動給水泵軸承溫度均正常。A泵轉速在5 157 r/min，出口壓力28.8 MPa。推力瓦內外側溫度為59/53℃。轉速上升推力瓦溫度基本保持穩定。檢修處理后運行曲線，如圖5所示。

圖5 第三次啟動運行轉速和瓦溫曲線關系Fig.5 The speed and temperature curve for the third time rolling up

4 結語

汽動給水泵的平衡裝置是保證泵安全穩定運行的重要裝置，一旦出現平衡裝置故障時，應根據產生磨損的主要原因進行逐項分析，排查原因，才能消除故障。該泵經過1個多月的運行考驗，在額定工況下，推力瓦溫在67℃以下，在最大工況下運行，推力瓦溫未超過75℃，說明處理方案正確，為類似問題的分析判斷及處理積累了寶貴的經驗。

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