發(fā)電廠鍋爐電動(dòng)給水泵故障分析及優(yōu)化

朱佳俊

摘要：鍋爐汽水系統(tǒng)是燃煤發(fā)電廠重要的組成部分，汽水系統(tǒng)是否能安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組能否安全運(yùn)行正常發(fā)電。而給水泵作為汽水系統(tǒng)中的重要設(shè)備，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其輔助設(shè)備較其他水泵更為復(fù)雜，一旦發(fā)生事故，將直接影響汽水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。且給水泵組故障的維修周期一般較長(zhǎng)、設(shè)備停運(yùn)影響較大、損失較為嚴(yán)重，其運(yùn)行和維修成本都相對(duì)較高，因此對(duì)于給水泵常見(jiàn)故障的分析有益于維持發(fā)電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低電廠的廠用電量，進(jìn)而降低運(yùn)營(yíng)成本。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠鍋爐;電動(dòng)給水泵;故障分析;優(yōu)化

1給水泵的驅(qū)動(dòng)方式

1.1電動(dòng)給水泵

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)根據(jù)速度是否可以調(diào)節(jié)分為定速和調(diào)速兩種。定速泵是電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)給水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，利用節(jié)流閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)改變流量大小，隨著轉(zhuǎn)速的升高節(jié)流損失增加，但易于操作和日常維護(hù)，適用于轉(zhuǎn)速比較低的小容量泵。調(diào)速泵是增加液力耦合器，通過(guò)流體傳遞轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，控制泵的流量，節(jié)流損失小，對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性更好。由于渦輪與泵輪之間有間隙，無(wú)磨損，并起到減震的作用，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。但是構(gòu)造較復(fù)雜，維修量大，適用于大容量。

1.2汽動(dòng)給水泵

汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)給水泵分為主汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)和小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。主汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)是把主汽輪機(jī)與給水泵直接相連，或中間安裝液力耦合器，或在此基礎(chǔ)上再增加增速箱三種方式。小汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)是利用煙氣中剩余的熱量，提高熱量的利用率，從而滿足機(jī)組容量的不斷增長(zhǎng)，且更加節(jié)能。但是由于是二次利用，所以小汽輪機(jī)的效率相較主汽輪機(jī)低，做功也較少。

2發(fā)電廠鍋爐電動(dòng)給水泵故障分析及優(yōu)化

2.1給水泵泵軸斷裂

失效原因分析：（1）給水泵泵軸斷裂發(fā)生在葉輪附近的鍵槽處，常見(jiàn)的誘發(fā)斷裂的原因有：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致應(yīng)力集中，超出危險(xiǎn)面的承受極限、鍵槽處配合偏差過(guò)大，且裝配時(shí)操作失誤，導(dǎo)致變形產(chǎn)生應(yīng)力或者薄弱邊緣、加工工藝不當(dāng)，為消除存在零件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。（2）鍵槽底部未加工圓角過(guò)渡，直角處截面面積發(fā)生突變，導(dǎo)致應(yīng)力集中;分析零件內(nèi)部材料組織結(jié)構(gòu)，選用材料或者制造工藝不當(dāng)，導(dǎo)致內(nèi)部非金屬材料超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，使加工成品脆性過(guò)大，對(duì)給水泵的使用性能有極大的危害。解決方法：（1）加強(qiáng)成品檢查標(biāo)準(zhǔn)，改善加工工藝，并嚴(yán)格規(guī)定原材料標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。泵軸是給水泵的主要傳動(dòng)零件，泵軸的優(yōu)劣決定了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與使用壽命。合理的加工工藝，可以有效減少應(yīng)力集中現(xiàn)象和光潔的表面。優(yōu)良的原材料及后處理工藝，可以明顯改善零件內(nèi)部的金相組織和金屬晶粒，減少非金屬雜質(zhì)，增強(qiáng)泵軸的韌性。（2）工作過(guò)程中，應(yīng)盡量保證泵軸運(yùn)行平穩(wěn)可靠，減少不必要的應(yīng)力變化，避免應(yīng)力的影響。（3）制定并嚴(yán)格執(zhí)行泵軸及其它零件的定期檢查，定期對(duì)泵軸進(jìn)行故障檢測(cè)和保養(yǎng)。（4）加強(qiáng)工人的培養(yǎng)，嚴(yán)格要求裝配工藝，保證給水泵的裝配可靠，避免因裝配導(dǎo)致失效。

2.2給水泵芯包磨損

失效原因分析：當(dāng)給水泵在一穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，突然改變其流量。此時(shí)，使給水泵抽水流量激增。根據(jù)伯努利方程，流量的增大，導(dǎo)致壓損變大，給水泵入口壓力也隨之降低，給水泵入口和出口的壓力差值增大。此時(shí)，若壓力繼續(xù)降低到達(dá)氣體臨界溶解度，氣體會(huì)從水中析出，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。由于氣體的可壓縮性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液體，此時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生極大的壓力波動(dòng)和流量沖擊。不僅會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生異響，還使給水泵內(nèi)部受力分布難以穩(wěn)定。在交變應(yīng)力的影響下，泵內(nèi)部的間隙配合很容易發(fā)生改變，間隙變小使芯包和殼體之間接觸，進(jìn)而產(chǎn)生摩擦。因此，芯包的磨損可能使由于汽蝕造成的。解決方法：汽蝕是給水泵運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)問(wèn)題，汽蝕的發(fā)生，將使泵的揚(yáng)程和流量降低，泵運(yùn)行效率下降，同時(shí)會(huì)伴有劇烈振動(dòng)和明顯噪聲，并將致使泵葉輪發(fā)生疲勞損壞和金屬表面剝蝕，若汽蝕現(xiàn)象嚴(yán)重，還將致使水泵發(fā)生較為嚴(yán)重的動(dòng)靜部分摩擦，進(jìn)一步引發(fā)芯包的嚴(yán)重磨損和抱死的等事故。所以在給水泵運(yùn)行中，如果出現(xiàn)流量急劇增大，同時(shí)伴有壓力及流量波動(dòng)異常，應(yīng)該立刻減小泵的出水口閥門(mén)開(kāi)度，減小進(jìn)出口壓差。

2.3給水泵油封燒損

失效原因分析：（1）油封定位不合適，油封結(jié)構(gòu)如下圖所示。由圖可知，頂絲將油封和泵軸進(jìn)行連接。將油封拆卸后發(fā)現(xiàn)，推力瓦沒(méi)有起到原有的作用，整個(gè)結(jié)構(gòu)靠油封定位。因此運(yùn)行時(shí)，油封和壓蓋在軸向力的作用下配合間隙減小，產(chǎn)生動(dòng)摩擦，造成燒損。（2）油封壓蓋與油封之間徑向間隙過(guò)小。由于制造上的失誤，導(dǎo)致油封和油封壓蓋之間間隙過(guò)小，在這種情況下極易產(chǎn)生動(dòng)靜摩擦。（3）配件制造工藝有誤，油封配合如下圖所示。由圖可知，由于設(shè)計(jì)或者制造上的失誤，導(dǎo)致泵軸油封內(nèi)孔之間形成過(guò)盈配合，油封和軸抱死。由于油封大多數(shù)由銅制造，裝配后油封發(fā)生變形，導(dǎo)致燒損。改進(jìn)方法：（1）改善裝配工藝，防止油封與壓蓋之間發(fā)生接觸。裝配完成后，預(yù)先進(jìn)行測(cè)試，保證油封和端蓋之間的配合間隙達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。（2）更改最初設(shè)計(jì)圖紙，使油封內(nèi)孔和泵軸之間的配合改為間隙配合，不僅能有效解決問(wèn)題，還方便工人安裝，同時(shí)還避免泵軸和油封內(nèi)孔產(chǎn)生動(dòng)摩擦。（3）對(duì)間隙不達(dá)標(biāo)的油封和油封端蓋進(jìn)行返工，通過(guò)打表法調(diào)整其配合間隙的大小。

2.4給水泵平衡盤(pán)開(kāi)裂

失效原因分析：平衡盤(pán)制造流程，多為多層合金焊接制造。制造工藝不當(dāng)，極容易因焊接不當(dāng)導(dǎo)致熱裂紋生成，失效形式如下圖所示。主要是因?yàn)槠胶獗P(pán)的液化溫度低于焊縫固化溫度，此時(shí)，焊縫成型，但內(nèi)部金屬還呈不穩(wěn)定狀態(tài)，金屬液可能流入下一層焊縫中去，導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻。同時(shí)，制造過(guò)程中會(huì)多次焊接，若工藝處理不當(dāng)，極容易破壞之前的焊縫。內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻極容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力集中過(guò)大，且超過(guò)材料承受極限時(shí)，材料內(nèi)部的晶界就會(huì)發(fā)生開(kāi)裂，形成失塑和裂紋。改進(jìn)方法：優(yōu)化焊接工藝，對(duì)預(yù)熱溫度、層間溫度還有焊接時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定，以及焊接前的預(yù)處理和熱處理均需進(jìn)行規(guī)范。

2.5給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥閥桿斷裂

失效原因分析：下圖為閥桿斷裂的外部圖，對(duì)其斷口和閥桿表面進(jìn)行觀察，初步判斷其失效原因是由于加工工藝不當(dāng)導(dǎo)致加工表面沒(méi)有達(dá)到要求，閥桿達(dá)不到正常工作要求。為進(jìn)一步驗(yàn)證，需對(duì)閥桿內(nèi)部的金相組織和斷裂區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。由斷裂處的微觀結(jié)構(gòu)可知，上述猜想基本正確。由于表面粗糙度過(guò)大，且過(guò)渡處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生應(yīng)力集中。在長(zhǎng)期工作運(yùn)行過(guò)程中，在應(yīng)力集中的影響下產(chǎn)生斷裂。改進(jìn)方法：（1）針對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改善應(yīng)力集中處，使截面突變處過(guò)渡平緩、圓滑，避免應(yīng)力集中的影響。（2）改進(jìn)加工工藝，加強(qiáng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。加工后對(duì)零件表面進(jìn)行打磨處理，增加閥桿表面光潔度，保證閥桿平面的表面粗糙度，避免毛刺、飛邊對(duì)整個(gè)閥桿內(nèi)部應(yīng)力分布產(chǎn)生影響。

3結(jié)束語(yǔ)

目前運(yùn)營(yíng)成本較高是制約發(fā)電廠發(fā)展的一個(gè)主要因素，通過(guò)分析發(fā)電廠的成本結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)維修費(fèi)用是其中一個(gè)比較主要的部分，因此對(duì)于發(fā)電廠特別是傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠常見(jiàn)故障的分析可以降低檢修成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。由于多數(shù)火電廠建造時(shí)間較早、鍋爐等設(shè)備使用時(shí)間較長(zhǎng)、管理維護(hù)存在漏洞，并存在不同程度的安全隱患，因此通過(guò)對(duì)火電廠的設(shè)備進(jìn)行故障分析可以提高設(shè)備的使用性能和安全性能。文章針對(duì)給水泵泵軸斷裂、給水泵芯包磨損、給水泵汽輪機(jī)調(diào)節(jié)汽閥閥桿斷裂、給水泵油封燒損、給水泵平衡盤(pán)開(kāi)裂、給水泵葉片斷裂的故障原因進(jìn)行分析，并提出解決方案。

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