Ui關于汽輪發電機定子冷卻水泵頻繁失效的原因分析與研究

鄭利娜 趙銀 董華勇

【摘 ?要】本文通過分析與研究電廠汽輪發電機定子冷卻水泵事故頻發的案例，發現設備選型配置、結構與實際運行工況設計裕度存在不足，并提出改進方案，及總結出汽輪發電機定子冷卻水泵維護和項目管理過程中應關注的重點工作。

【關鍵詞】定子冷卻水泵;頻發;裕度;改進方案

引言

發電機定子冷卻水系統是汽輪發電機組滿足發電機正常運行的重要配套系統，系統設計與供貨均由發電機設備制造成套制造集成供貨。該系統集裝配備2臺（XGST101PO、XGST 201PO）冷卻水泵，來滿足運行規范要求（一運一備）。

冷卻水泵作為發電機定子冷卻水系統的關鍵設備，其運行狀態直接影響該系統主要功能的實現及電廠經濟效益，本文通過對汽輪發電機定子冷卻水泵事故頻發的原因進行分析與研究，找出存在的問題，提出改進方案，并總結出定子冷卻水泵維護和項目管理過程中值得借鑒的經驗與建議。

1.定子冷卻水泵事故概述

故障一：運行正常巡檢1SEK002PS時發現異味，經確認1GST101PO泵殼恒位油杯已無油位，窺視窗爆裂、軸承油封冒煙，紅外測溫儀顯示泵體溫度高達170℃，已導致泵體變色。

經對1GST101PO解體檢查，發現葉輪側軸承壓蓋磨損約1mm，對應的軸承滾珠及支架損壞嚴重、部分已脫落，電機側軸承受高溫變色損壞，泵軸彎曲，跳動最大值達到0.50mm。

故障二：運行異音，經就地測量（驅動端水平8.39mm/s，垂直10.8 mm/s;自由端水平7.24 mm/s，垂直 6.57 mm/s，軸向 3.73 mm/s）。解體檢查發現軸承滾珠骨架嚴重損壞、內、外圈表面剝落明顯。

2.事故分析及排查

軸承失效與視窗熔化的先后機理分析，故障原因大致分為以下7方面：

2.1軸承設計選型考慮載荷裕度不足

廠家提供的《SC80-250型泵軸向載荷和軸承壽命計算報告》[1]，葉輪最終產生的軸向力為1.8148kN，當量動載荷為2.64kN。根據理論計算原球軸承壽命為23234h，國外提供數據為17500h。經檢查發現報告中軸向力計算參數與泵的實際裝配尺寸不符，存在錯誤。泵蓋與后蓋板間隙s值應包括背葉片寬度t值在內，但廠家計算時未包括，即理論計算要求s為5mm，而泵的實際s值達到9mm。因此造成背葉片產生的平衡力與理論計算偏差過大，軸向力不能被有效的平衡。

根據現場泵的實際參數，計算泵的當量動載荷為4.94kN，輸入到SKF軸承壽命計算模型中，得出的理論軸承壽命為3536 h，該數值是在沒有其他任何不良影響的情況下得出，此時軸承壽命已經遠遠低于原設計值，而球軸承又不適用于軸向力較大的工況使用，因此軸承因過載而疲勞損壞。

根據以上分析，軸向力過大、軸承選型錯誤是軸承燒毀的根本原因。

2.2軸承裝配、葉輪與口環徑向間隙誤差

經查閱制造廠的安裝記錄，軸承內、外圈尺寸為標準尺寸，通過推拉泵軸測量軸向竄動量，驗證軸承的游隙。原設計圖紙要求間隙值為0.15-0.3mm（新提供的圖紙改為0.4-0.6mm），要求軸承壓蓋凸臺與軸承外圈留有一定的間隙已無法驗證[1]。

2.3 泵、電機支座點負荷分配不均

泵定位在集裝平臺上，集裝底座平臺找正不是以泵的出口水平面為基準，應調整泵底座墊片保證出口法蘭水平在規范標準內，同時應在系統管道安裝完成后解列泵與法蘭連接，再以管道法蘭為基準通過增減泵與電機底座的墊片調正泵中心水平，以保證系統管道應力不改變泵體動靜間隙和軸系中心精度[2]。

2.4 系統管道應力阻礙泵運行熱脹差

系統布置緊湊，設備與設備間連接管道距離較小，軸線中心偏差造成應力集中，解列泵進出口管道法蘭檢查發現均存在與泵接口徑向軸向值偏差，已說明系統管道連接應力最終集中在泵體，需通過再次以管道自由中心調整泵體支點和電機中心，實現傳動中心更精確的定位，有效保證整泵運行和系統共振降低。

2.5 設備出廠至安裝調試階段保養不規范

從設備到貨至安裝調試，定子冷卻水泵沒有固定的切換周期，出現過其中一臺連續運行幾個月，另一臺一直處于熱備用狀態的情況，泵長時間靜止軸承得不到潤滑油的保護，可能出現軸承銹蝕，甚至轉子彎曲等現象。Fe2O3碎屑堆積在滾道和滾珠表面之間，氧化磨屑起著磨料作用，使接觸表面產生磨粒磨損，即發生微動磨損。

2.6 振動因素

泵的中心高為230mm，轉速2950rpm，泵的振動測量和評價方法JB/T 8097-1999中劃為第A＼B＼C三類[2]，運行數據顯示量最大為2.5mm/s 振動烈度不高于4.5mm/s為B級，不足以使軸承迅速燒毀。

2.7 事故結論

根據上述分析，定子冷卻水泵故障的根本原因為廠家設計軸向力計算錯誤，軸承選型不滿足要求。促成原因廠內裝配控制精度偏差、定位支點負荷分配不均、投運前期保養不徹底，綜合外部環境等相關因素是導致運行頻發故障。

3.改進方案

原深溝球軸承6308-2PCS的軸向負荷承載能力較差，根據軸向計算，將泵的軸及軸承等部件更換為“重型軸”結構形式，則需要更換軸、前后軸承、軸用卡環、孔用卡環、后軸承壓蓋等，其余零件不變。即需選擇的新軸承型號為圓柱滾子軸承NU308ECP（前軸承）和雙列球軸承3308A（后軸承）。

4.結 語

定子冷卻水系統是汽輪發電機重要的輔助系統，而定子冷水水泵是發電機定子冷卻水系統的心臟，定子冷水泵的停運將使發電機供水缺水，引發定子線圈燒毀事故，進而對經濟效益產生直接影響。鑒于泵所在位置的重要性及有效的避免廠內制造質量出現偏差，應做好以下幾個方面：

（1）對現場已安裝泵的油杯斜口進行處理，以正常運行時油位淹沒下部滾珠1/2位置為準，加油時需考慮避免軸封甩油。

（2）定期檢查呼吸器，保證呼吸器暢通。

（3）建議兩臺泵定期切換運行。

（4）改型后，設備整體性能有待進一步驗證，需定期檢測其振動及溫度。

（5）對于重要部件套設備，應加強制造過程控制力度。

（6）對于整泵備件，依據相關規范、標準等，核查廠內裝配定位等關鍵裝配尺寸工序，以保證出廠產品質量。

參考文獻：

[1] 大耐泵業有限公司，《SC泵運行維護手冊》，2012-7037-H，2014-04-05

[2] DL 5190.3-2012 《電力建設施工技術規范 第3部分：汽輪發電機組》（中華人民共和國電力行業標準）

作者簡介：

鄭利娜，高級工程師，1982年出生，碩士研究生，2008年3月畢業于東北電力大學，現在中核（上海）供應鏈管理有限公司上海招標部負責招評標管理工作

趙銀，工程師，1987年出生，本科學歷，2011年7月畢業于西安交通大學，現在中核（上海）供應鏈管理有限公司采購管理部負責設備及工程項目采購與管理工作

董華勇，高級技師，1968年出生，大專，2010年1月畢業于哈爾濱電視廣播大學，現在終中國核電海南核電有限公司設備采購管理處負責3、4號及ACP100機組轉機設備管理工作