電廠給水泵故障分析及修復(fù)措施

甄存彪

遼寧紅沿河核電有限公司 遼寧大連 116319

當(dāng)前電力工程發(fā)展中電廠類型較多，依托于技術(shù)改革創(chuàng)新，核電站逐漸受到關(guān)注，不同于其他電廠，核電廠主要是借助核反應(yīng)堆來代替火電站的鍋爐，通過核反應(yīng)堆中核燃料的燃燒生成熱量對(duì)水進(jìn)行加熱，并使之轉(zhuǎn)化為蒸汽，經(jīng)蒸汽作用來促使汽輪機(jī)運(yùn)行發(fā)電。核電站發(fā)電不僅需要核反應(yīng)堆發(fā)揮關(guān)鍵作用，而且也需要主泵、蒸汽發(fā)生器、汽輪發(fā)電機(jī)等設(shè)備共同作用，其中給水泵就是必不可少的設(shè)備之一，其是給水系統(tǒng)的核心，且配置方式與運(yùn)行情況直接影響核電站整體工程的運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行過程中給水泵也時(shí)常出現(xiàn)各種問題，對(duì)此必須及時(shí)明確問題所在，找到原因并快速采取措施加以修復(fù)，從而保障核電廠整體運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。

1 分析電廠給水泵故障問題的必要性

核能是一種新能源，其不僅清潔、污染小，而且具有較高的能量密度，是實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵支撐。核電廠的建造是將核能通過一系列的程序轉(zhuǎn)換為電能，截止目前我國核電站的建設(shè)發(fā)展已經(jīng)有十余年之久，且其年發(fā)電量也在逐漸增長，成為我國電能的主要供應(yīng)源頭。核電廠的建造發(fā)展極大程度上補(bǔ)充了社會(huì)建設(shè)中對(duì)能源的高需求，并且也大大降低了電廠發(fā)電運(yùn)行過程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染影響，減少了資源的比必要浪費(fèi)。但與此同時(shí)核電站的危險(xiǎn)性也不能忽視，因其能量較大，一旦發(fā)生故障引起事故則會(huì)產(chǎn)生范圍較廣的危害，如日本之前所發(fā)生的核泄漏事故就為人們的核能應(yīng)用敲響了警鐘，因此核電廠在運(yùn)行發(fā)電時(shí)就必須做好對(duì)故障問題的分析處理，及時(shí)且全面的檢查核電廠各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，防止事故問題的出現(xiàn)，進(jìn)而也有效保障核電廠的正常運(yùn)行。給水泵作為核電廠給水系統(tǒng)中的重要設(shè)備，更要及時(shí)排查所存在的故障，提高給水系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，與其他設(shè)備裝置形成有序協(xié)調(diào)，做好安全發(fā)電、穩(wěn)定發(fā)電。此外，分析給水泵的故障問題是采取修復(fù)措施的前提，通過對(duì)故障的表現(xiàn)、位置等進(jìn)行深入分析才能夠確定故障的產(chǎn)生原因，繼而根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定才可以采取針對(duì)性的措施對(duì)故障進(jìn)行修復(fù)和解決，更加有效的處理好各種運(yùn)行故障，以維持其穩(wěn)定安全運(yùn)轉(zhuǎn)，保證整個(gè)機(jī)組也穩(wěn)定運(yùn)行，增強(qiáng)核電廠的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。

2 電廠給水泵故障及其修復(fù)措施

2.1 主給水泵電動(dòng)機(jī)軸向振動(dòng)故障及修復(fù)

在旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行過程中振動(dòng)信號(hào)是非常關(guān)鍵的一組參數(shù)，其不僅可以直接反映機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，更能夠反映出故障的變化情況，電廠主給水泵電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行中振動(dòng)就是一種較為常見的故障類型。經(jīng)日常機(jī)械設(shè)備的檢查可知，電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)故障較多，最明顯的就是軸向振動(dòng)故障，由于技術(shù)人員日常對(duì)徑向振動(dòng)的關(guān)注較多，而導(dǎo)致軸向振動(dòng)故障不太容易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。圖一所示為主給水泵組的構(gòu)成示意圖，從中可以看到主要構(gòu)成包括前置泵、電動(dòng)機(jī)、液力耦合器以及壓力級(jí)泵，在電動(dòng)機(jī)兩側(cè)分別設(shè)置有一個(gè)球軸承。電動(dòng)機(jī)軸向振動(dòng)故障主要表現(xiàn)為軸向振動(dòng)高缺陷，其振動(dòng)幅度超過了國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的4.5mm/s極為異常振動(dòng)，造成軸向振動(dòng)產(chǎn)生的原因僅通過檢查是很難確定的，需要在相關(guān)計(jì)算的幫助下來分析振動(dòng)趨勢與軸瓦溫度，以獲取更加全面的電動(dòng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)信息，經(jīng)實(shí)踐檢查可以了解到造成主給水泵發(fā)生軸向振動(dòng)的原因是處于軸瓦和軸承室之間的軟性絕緣襯墊在使用一段時(shí)間后會(huì)遭受一定的磨損，而其受損后則直接影響到兩側(cè)球軸承的自定位調(diào)節(jié)能力，容易造成電動(dòng)機(jī)球軸承失位現(xiàn)象，以及轉(zhuǎn)子間氣隙混合偏心狀況，引起電動(dòng)機(jī)的軸向振動(dòng)故障[1]。

對(duì)于電動(dòng)機(jī)軸向振動(dòng)故障的修復(fù)，技術(shù)人員在明確其具體原因后可根據(jù)所得結(jié)果采取針對(duì)性措施處理。對(duì)軸瓦軟性絕緣襯墊進(jìn)行更換，提高軸承結(jié)構(gòu)位置的穩(wěn)定性，減少其運(yùn)行中對(duì)自定位調(diào)節(jié)能力的影響，在日常設(shè)備檢查中應(yīng)做好定期的重點(diǎn)檢查，每當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后就更換一次絕緣襯墊。另外，轉(zhuǎn)子間的氣隙偏心情況的控制也可以通過調(diào)整氣隙偏差限制來確定，優(yōu)化其范圍在±3%左右即可，并同時(shí)縮短等效偏心距，則能夠更好的控制電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)幅度，避免軸向振動(dòng)故障對(duì)主給水泵的運(yùn)行造成影響。

圖1 主給水泵組的結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 主給水泵液力耦合器故障及修復(fù)

液力耦合器作為主給水泵組的重要組成部分，其主要作用是傳遞能量，并控制泵的轉(zhuǎn)速，讓壓差維持在穩(wěn)定水平以確保給水泵機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，當(dāng)主給水泵中的液力耦合器發(fā)生故障后將會(huì)直接威脅到整個(gè)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)斐煞磻?yīng)堆的停堆，鑒于此則應(yīng)清楚了解主給水泵液力耦合器的故障及原因，采取合理措施加以修復(fù)應(yīng)對(duì)。

液力耦合器的故障之一為運(yùn)行過程中出現(xiàn)漏油情況。由于潤滑油壓較大，超過標(biāo)準(zhǔn)范圍而導(dǎo)致油泵端面間隙越來越小，進(jìn)而引起漏油；由于油封使用時(shí)間過長失去效果而造成漏油；由于密封膠沒有涂抹均勻以及密封膠失效而致使漏油等。對(duì)此，可采取的修復(fù)措施包括按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將油泵端面間隙調(diào)整到合適大小，并在定期檢修過程中對(duì)油封以及密封膠進(jìn)行重新涂刷處理，避免漏油情況出現(xiàn)。

液力耦合器的故障之二為不出油，造成這一問題的原因主要是油泵進(jìn)油管路中因密封不到位而進(jìn)入了空氣，產(chǎn)生對(duì)壓后油泵難以將油吸上來。另外，當(dāng)油泵的組件間隙超過限定值時(shí)造成其無法順利設(shè)置真空，也會(huì)造成不出油的情況。對(duì)此故障的修復(fù)處理，則要求技術(shù)人員對(duì)油泵進(jìn)油管路的密封性要認(rèn)真進(jìn)行檢查，按要求安裝配置油泵的各個(gè)部件，并做好各部件間隙大小的控制[2]。

液力耦合器的故障之三為運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，當(dāng)液力耦合器的冷卻器中水量不充足，或是里面因結(jié)垢等原因產(chǎn)生堵塞時(shí)則會(huì)導(dǎo)致過熱現(xiàn)象；另外，耦合器內(nèi)的存油量也會(huì)引發(fā)過熱，若其中存油量太少會(huì)致使其循環(huán)使用頻率增高，無法冷卻下來，若其中存油量過多則會(huì)因轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦生熱而提高熱量，造成過熱。修復(fù)此情況的主要方式是需實(shí)時(shí)觀測冷卻器中的水量及時(shí)補(bǔ)充，并定期對(duì)其進(jìn)行沖洗，同時(shí)在日常運(yùn)行中也要觀察油量的變化，適當(dāng)增加或減少維持在要求標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

2.3 主給水泵潤滑油系統(tǒng)進(jìn)水故障及修復(fù)

主給水泵組在二回路設(shè)備中是非常重要的組成部分，主要功能是為蒸汽發(fā)生器提供持續(xù)性供水，其中油系統(tǒng)則有兩個(gè)部分構(gòu)成，一個(gè)是潤滑油系統(tǒng)，另一個(gè)是液力耦合器工作油系統(tǒng)，二者共用油箱，當(dāng)給水泵正常運(yùn)行時(shí)油系統(tǒng)同時(shí)工作，而當(dāng)處于備用情況時(shí)，潤滑油系統(tǒng)保持正常運(yùn)行，而工作油則暫停運(yùn)行。在潤滑油系統(tǒng)工作中經(jīng)常出現(xiàn)進(jìn)水故障，造成水分超標(biāo)而影響整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行。

根據(jù)對(duì)主給水泵的結(jié)構(gòu)分析，了解潤滑油的所有管線布局以及管路路線分布，從中明確極有可能造成水分進(jìn)入油系統(tǒng)的位置有以下幾種：一是潤滑油冷油器與工作油冷油器位置發(fā)生進(jìn)水，因水側(cè)為雙流程，而潤滑油只在殼側(cè)流動(dòng)，若存在裂縫泄露則會(huì)進(jìn)水；二是泵兩端軸承位置發(fā)生進(jìn)水，當(dāng)端面比壓值設(shè)定不合理時(shí)會(huì)致使沖洗介質(zhì)的蒸發(fā)過程產(chǎn)生異常，隨之過多的蒸汽就很有可能進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)中，水分增多形成破壞；三是液力耦合器位置發(fā)生進(jìn)水，造成這一位置進(jìn)水的原因主要是耦合器油箱上的呼吸器裝置濾芯被堵塞無法將油箱上層的水分順利排出而增加了油箱內(nèi)的水分[3]。

對(duì)于潤滑油系統(tǒng)進(jìn)水故障的修復(fù)，應(yīng)從客觀角度考慮到在密封的泵機(jī)械中因高溫作用而一定會(huì)產(chǎn)生一些水汽，若想防止水汽對(duì)潤滑油系統(tǒng)的運(yùn)行造成不良影響，則對(duì)其所采取的修復(fù)措施應(yīng)側(cè)重在排放水汽方面。鑒于此，在日常檢修中需加強(qiáng)對(duì)各個(gè)可能發(fā)生進(jìn)水情況位置的觀察與測定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)水情況并采取規(guī)避措施。此外，最有效的方式則是對(duì)泵殼的構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)，于其上層位置對(duì)應(yīng)機(jī)械密封引漏孔處新設(shè)置呼吸孔，其孔徑大小根據(jù)機(jī)械實(shí)際情況計(jì)算選擇，通過這樣的設(shè)計(jì)改造可以有效幫助密封機(jī)械將上層高溫水汽順利排放而出，同時(shí)也可以從上部觀察到密封機(jī)械的內(nèi)部情況[4]。

2.4 汽動(dòng)給水泵卡死故障及修復(fù)

汽動(dòng)給水泵是核電廠中廣泛應(yīng)用的輔助給水泵，作用是當(dāng)主給水泵無法正常運(yùn)行時(shí)代替其做好蒸汽發(fā)生器的正常持續(xù)給水，在整個(gè)電廠中也屬于安全性保障設(shè)備。汽動(dòng)給水泵的運(yùn)行中最常見的故障是卡死故障，不僅會(huì)造成泵腔部件的嚴(yán)重受損，也會(huì)影響電廠運(yùn)行。造成卡死故障的因素較多，如平衡盤磨損過于嚴(yán)重時(shí)發(fā)生斷裂，所產(chǎn)生的磨損物受軸承潤滑水的作用而進(jìn)入到平衡回水管內(nèi)，繼而被吸入泵腔而造成卡死；當(dāng)平衡盤和平衡環(huán)因軸向力發(fā)生變化而產(chǎn)生多次碰撞時(shí)，會(huì)導(dǎo)致堆焊層出現(xiàn)脫落，而所脫落的物體沿著平衡管線會(huì)卡到泵轉(zhuǎn)子造成機(jī)械卡死故障等。對(duì)此，采取的修復(fù)措施是當(dāng)發(fā)現(xiàn)給水泵卡死后應(yīng)快速對(duì)管線、輔助給水箱等進(jìn)行檢查，確定其中是否存在脫落異物并進(jìn)行清除。另外，對(duì)于平衡盤和平衡環(huán)的材料選擇應(yīng)充分考慮到其使用頻率，保證其設(shè)備質(zhì)量，并根據(jù)超速試驗(yàn)來優(yōu)化其可靠性，減少卡死故障的發(fā)生[5]。

2.5 主給水泵電機(jī)絕緣擊穿故障及修復(fù)

高壓電機(jī)是核電站運(yùn)行中的必需設(shè)備，由于其既是高壓設(shè)備，又隨著核電站的運(yùn)行而持續(xù)性的長期運(yùn)行，因此要求各部件都應(yīng)具有較強(qiáng)的絕緣性，只有這樣才可以確保電機(jī)運(yùn)行正常，維持核電站運(yùn)行穩(wěn)定。然而，核電站高壓電機(jī)中各部件在經(jīng)過長期運(yùn)行后其絕緣性必然會(huì)降低，且一旦某一部件的絕緣性低于規(guī)定要求，則會(huì)引起絕緣擊穿故障，造成電機(jī)的損毀，威脅機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。造成部件絕緣性減弱的因素除了運(yùn)行時(shí)間過長之外，相因異常因素發(fā)生匝間短路而引起相間短路后也會(huì)影響絕緣穩(wěn)定性，繼而致使電機(jī)的損毀。對(duì)于主給水泵電機(jī)絕緣擊穿故障的修復(fù)處理，技術(shù)人員需分別加強(qiáng)對(duì)高壓電機(jī)的日常維護(hù)以及解體維護(hù)，仔細(xì)判斷電機(jī)絕緣情況，發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行及時(shí)替換。同時(shí)，要定期對(duì)電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，包括局放試驗(yàn)、紫外線放電、介損試驗(yàn)以及沖擊耐壓試驗(yàn)等內(nèi)容。

3 結(jié)語

綜上所述，核電廠是電力能源供給的主要場所，其中各組件的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于電能有序穩(wěn)定供應(yīng)而言是非常重要的，然而在電廠給水泵組中不可忽視的存在許多故障問題，如主給水泵電動(dòng)機(jī)軸向振動(dòng)故障、液力耦合器故障、潤滑油系統(tǒng)進(jìn)水故障、卡死故障、電機(jī)絕緣擊穿故障等，均對(duì)給水泵的正常工作產(chǎn)生著威脅。為確保電廠的穩(wěn)定安全供電，相關(guān)管理人員與技術(shù)人員要充分把握不同故障的產(chǎn)生原因，并從專業(yè)角度加強(qiáng)檢修工作，采取有效措施進(jìn)行修復(fù)，防止造成更加嚴(yán)重的后果。