660MW超超臨界機組汽動給水泵推力瓦溫度高故障原因分析及處理

謝建勇

摘? 要：近年來，超超臨界機組由于其先進的技術以及優異的性能，在全國取得了廣泛運用，給水泵作為汽輪發電機組不可或缺的重要輔機，其工作情況的好壞與機組的安全運行息息相關。部分660MW超超臨界機組在給水泵的選擇上，配置采用的是一臺100%負荷的汽動給水泵及一臺30%負荷的電動給水泵，若汽動給水泵運行中故障跳閘，往往意味著汽輪發電機組的跳閘解列。文章對某廠660MW超超臨界機組汽動給水泵推力瓦溫度高的原因進行了分析，通過排除與驗證，發現平衡鼓與平衡套之間間隙過小是造成推力瓦溫度高的主要原因，更換新的平衡鼓后，汽動給水泵推力瓦溫度恢復正常。

關鍵詞：汽動給水泵;推力瓦;平衡鼓;溫度高;分析處理

中圖分類號：TM621.3? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）24-0132-02

Abstract： In recent years， ultra-supercritical unit has been widely used in the whole country because of its advanced technology and excellent performance. Feed water pump is an indispensable auxiliary machine of turbogenerator set. Its working condition is closely related to the safe operation of the unit. In the selection of feedwater pumps， some 660MW ultra-supercritical units are configured with a 100% load steam feed pump and a 30% load electric feed pump. If the steam feed pump fails to trip during operation， it often means the tripping of turbogenerator sets. In this paper， the reason for the high temperature of thrust pad of steam feed pump in 660MW ultra-supercritical unit of a certain factory is analyzed. Through exclusion and verification， it is found that the main reason for the high temperature of thrust pad is that the clearance between balance drum and balance sleeve is too small. After the replacement of the new balance drum， the thrust pad temperature of the steam feed pump returned to normal.

Keywords： steam feed pump; thrust tile; balance drum; high temperature; analysis and treatment

引言

某廠660MW超超臨界機組僅配置了一臺100%負荷的汽動給水泵，生產廠家為上海KSB泵業有限公司，這是一臺CHTD8/5型臥式多級筒型離心泵，軸功率為26298kW，額定流量2549t/h，總揚程3732.2m，額定工作轉速5106r/min。汽動給水泵正常運行時，其軸向推力由平衡鼓、平衡盤和推力軸承共同承擔。

在投產前的調試過程中，該泵非工作面推力瓦溫度一直偏高，尤其是轉速3500r/min以上時，非工作面推力瓦溫度快速上漲至80℃以上，甚至逼近保護跳閘值（90℃），嚴重影響機組的帶負荷調試試驗，并威脅機組投產后的安全穩定運行，通過對推力瓦溫度高的原因展開分析，徹底解決此故障是當前必須解決的問題。

1 汽動給水泵軸向推力產生及平衡原理

離心泵在運行時，泵內液體作用在葉輪蓋板兩側上的軸向力主要包括：葉輪兩側壓強不對稱產生的軸向力、泵內液體軸向流入徑向流出時由于流向變化對葉輪產生的軸向力，通常將上述兩個軸向力的合力，稱為軸向推力，軸向推力會使轉子產生軸向位移，造成葉輪和泵殼動靜間隙減小，嚴重時造成動靜部分摩擦，導致汽泵振動過大、發熱甚至葉輪損壞，威脅機組的安全穩定運行，正常運行中，必須對汽動給水泵產生的軸向推力進行平衡，確保其在可控的范圍內，平衡軸向推力的方法主要有：

1.1 平衡盤

平衡盤裝置由平衡盤和平衡圈組成，平衡盤裝在末級葉輪后面軸上，和葉輪一起轉動。平衡圈固定在出水段泵體上，平衡盤左邊和末級葉輪出口相通，右邊則通過一接管和泵的吸入口相連。因此，平衡盤右邊的壓力接近于泵入口液體的壓力，平衡盤左邊的壓力小于末級葉輪出口壓力，高壓液體能通過平衡盤與平衡圈之間的間隙回流至泵的吸入口，在平衡盤兩側產生一個平衡力。泵正常運行時，隨著軸向推力大小的變化，平衡盤與平衡環之問間隙相應增大或減小，使平衡盤兩邊的壓差相應減小或增大，從而推動平衡盤及整個轉子向左或向右移動，自動平衡軸向力，達到新的平衡。

1.2 平衡鼓

平衡鼓裝在軸的末級葉輪后面，其在固定于大端蓋上的節流襯套內旋轉，平衡鼓右邊為平衡室，通過平衡管將平衡室與第一級葉輪前的吸入室連通。因此，平衡室內的壓力很小，而平衡鼓左邊是末級葉輪的背面泵腔，腔內壓力比較高。平衡鼓外圓表面與泵體上的平衡套之間有很小的間隙，使平衡鼓的兩側可以保持較大的壓力差，以此來平衡部分軸向推力。

1.3 推力軸承

在推力軸承的推力盤兩側各安裝若干推力瓦塊，根據軸向推力的方向分為工作瓦塊和非工作瓦塊，通過推力盤與推力瓦塊的接觸來消除未完全平衡掉的軸向推力，在推力軸承內充滿了潤滑油，推力盤旋轉產生的熱量由潤滑油帶走，使推力瓦保持在合格的溫度范圍內。通常平衡鼓和平衡盤能平衡90-95%左右的軸向推力，未完全平衡掉的軸向推力則由推力軸承來承受。

該廠采用的是平衡盤、平衡鼓與推力軸承組合的軸向力平衡裝置，設計上能保證軸向推力在允許范圍內。

2 汽動給水泵推力瓦溫度高故障原因分析

通過對軸向推力平衡原理的分析，總結出造成汽動給水泵推力瓦溫度高的原因主要有以下幾條：

2.1 潤滑油供油壓力低、油量過小或油質不合格

若推力軸承潤滑油供回油管道存在堵塞現象或者油泵出力不足等原因，導致油壓過低油量過小，或者由于油質惡化無法建立正常油膜，均會使推力瓦摩擦產生的熱量無法被帶走，必然會導致推力瓦溫度升高。

2.2 推力瓦間隙過小

在汽泵的安裝過程中，若由于制造、安裝質量不良，或者由于推力瓦塊磨損變形等原因，造成推力瓦間隙過小，將會導致潤滑油不能被旋轉的推力盤帶到推力瓦塊的末端，造成油膜無法正常建立，從而導致推力瓦塊與推力盤磨碰，造成推力瓦溫度升高，甚至燒損。

2.3 平衡盤與平衡圈之間間隙或平衡鼓與平衡套之間間隙過小

若由于制造、安裝質量不良等原因，造成汽泵平衡盤與平衡圈之間間隙或平衡鼓與平衡套之間間隙過小，則給水泵出口的高壓水流入平衡室內水量減小，導致平衡室內壓力降低，平衡鼓兩側壓力差增大，產生的平衡力增加，導致轉子向高壓側移動，造成推力盤與非工作瓦間隙減少，推力瓦溫度升高。

3 汽動給水泵推力瓦溫度高故障原因確定

針對以上原因分析，該廠將汽泵停運后分別進行了具體排查確定：

（1）對汽泵潤滑油進油管的節流孔進行檢查，并使用壓縮空氣對其進行吹掃，檢查發現不存在脫落或堵塞情況。（2）由于潤滑油泵運行時油壓在合格范圍內，校驗潤滑油管路壓力開關，確認油壓顯示正常，排除油泵出力不足的情況。（3）取汽泵潤滑油油樣進行化驗，潤滑油油質合格，排除油質原因。（4）對汽泵推力軸承進行解體檢查，檢查推力瓦間隙是否在合格范圍內。說明書上明確規定，推力間隙的合格范圍為0.4-0.5mm之間。經過測量，推力瓦間隙為0.44mm，符合要求。（5）對汽泵推力瓦塊進行檢查，發現部分瓦塊有磨損，將所有瓦塊進行了更換，更換前對新瓦塊的厚度、平整度和接觸情況進行了檢查，確保瓦塊合格。（6）對平衡盤進行解體檢查，檢查平衡盤與平衡圈之間間隙是否在合格范圍內。說明書上明確規定，推力間隙的合格范圍為0.3-0.4mm之間。經過測量，推力瓦間隙在0.32mm，符合要求。（7）對平衡鼓進行解體檢查，發現平衡鼓與平衡套之間間隙很小，測量值為0.08mm，而說明書上明確規定，平衡鼓與平衡套之間間隙的合格范圍為0.3-0.4mm之間，不符合規定。

經過逐一排查，確定了造成汽動給水泵推力瓦溫度高故障的原因是平衡鼓與平衡套之間間隙過小。

4 汽動給水泵推力瓦溫度高故障處理

針對平衡鼓與平衡套之間間隙過小這一問題，該廠經過分析討論，采取了如下措施：（1）對平衡鼓與平衡套安裝情況進行檢測，發現安裝工藝符合要求。（2）在平衡室與給水泵入口聯通管上加裝手動門，用以調整平衡回水流量，當汽動給水泵高轉速運行，平衡鼓前后壓差過大，產生的平衡力過大而造成非工作面推力瓦塊溫度過高時，可以通過調節手動門開度大小來調節平衡鼓前后壓力差，降低平衡鼓產生的平衡力，從而減小推力瓦非工作面的受力，達到降低推力瓦溫的目的。

經過處理后，將汽泵啟動沖轉至3500r/min，通過調整平衡回水流量，汽泵非工作面推力瓦溫度穩定在55℃左右，將機組負荷帶到滿負荷，汽泵轉速在4800r/min左右，給水流量2150t/h，汽泵工作面和非工作面推力瓦溫度分別為58℃、61℃左右，均為正常工作溫度，汽動給水泵推力瓦溫度高缺陷消除。

5 結束語

經過分析與排查，該廠確定了平衡鼓與平衡套之間間隙過小是造成汽動給水泵非工作面推力瓦溫度高的原因，在采取在平衡室與給水泵入口聯通管上加裝手動門調整平衡回水流量的方法后，成功的消除了汽動給水泵推力瓦溫度高故障。目前，該汽泵已經穩定運行，各參數均正常并滿足機組各工況運行要求，保障了機組的調試試驗及安全穩定運行。

參考文獻：

[1]關醒凡.現代泵理論與設計[M].中國宇航出版社，2011.