姬鴻波，沈愛(ài)軍

（山西臨汾熱電有限公司，山西 臨汾 041000）

0 引言

某電廠(chǎng) (以下稱(chēng)公司)建設(shè)有2×300 MW亞臨界直接空冷供熱機(jī)組，配備3臺(tái)輔機(jī)循環(huán)水泵為2臺(tái)機(jī)組提供開(kāi)式冷卻水，運(yùn)行方式為兩用一備，是由上海連成泵業(yè)生產(chǎn)的型號(hào)為SLOW500-650水平中開(kāi)離心式水泵。3號(hào)輔機(jī)循環(huán)水泵為節(jié)能改造于2015年09月改為永磁聯(lián)軸器，具體設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1、表2所示。

表1 3號(hào)輔機(jī)循環(huán)水泵參數(shù)SLOW500-650

表2 輔機(jī)循環(huán)水泵主要零部件材質(zhì)表

1 設(shè)備運(yùn)行工況及現(xiàn)象說(shuō)明

2015年以前，公司輔機(jī)循環(huán)水泵單臺(tái)出力一般在1800 m3/h左右。從2015年起，為節(jié)能降耗，發(fā)電部進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行實(shí)際需求，對(duì)開(kāi)式循環(huán)水進(jìn)行了人為控制，單臺(tái)水泵流量冬季一般控制在1100 m3/h左右，夏季控制在1600 m3/h左右，以提高循環(huán)水濃縮倍率，節(jié)約循環(huán)水補(bǔ)水。冬季單臺(tái)水泵能夠滿(mǎn)足2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行開(kāi)式冷卻水需求。3號(hào)輔機(jī)循環(huán)水泵因改為永磁聯(lián)軸器，屬節(jié)能項(xiàng)目，運(yùn)行周期較長(zhǎng)。2015年后，3臺(tái)輔機(jī)循環(huán)水泵運(yùn)行期間先后發(fā)生斷軸現(xiàn)象5次，斷軸位置均為自由段泵軸與葉輪結(jié)合處。1號(hào)輔機(jī)循環(huán)水泵于05月27日，發(fā)生1次斷軸，據(jù)斷軸實(shí)物加工40Cr合金鋼未調(diào)質(zhì)處理的新軸；2號(hào)輔機(jī)循環(huán)水泵于05月30日又發(fā)生斷軸，據(jù)斷軸實(shí)物加工40Cr合金鋼調(diào)質(zhì)處理的新軸；3號(hào)輔機(jī)循環(huán)水泵于11月2日發(fā)生斷軸，據(jù)斷軸實(shí)物加工40Cr鋼材并調(diào)質(zhì)處理的新軸，11月13日，3號(hào)輔機(jī)循環(huán)泵更換新軸啟動(dòng)運(yùn)行，運(yùn)行至2016年3月16日，泵軸再次斷裂。后將泵軸材質(zhì)升級(jí)為1Cr13，并加工新軸，于2016年5月26日裝配1Cr13新軸后恢復(fù)運(yùn)行，運(yùn)行至2016年9月24日，泵軸又一次斷裂（見(jiàn)表3，圖1、圖2）。

表3 2015年—2016年度3臺(tái)輔機(jī)循環(huán)水泵斷軸統(tǒng)計(jì)表

圖1 斷軸與葉輪結(jié)合孔處存在銹蝕

圖2 泵軸的斷裂面

2 原因分析

2.1 加工和裝配精度誤差及葉輪與泵軸內(nèi)部腐蝕

泵軸和葉輪之間采用鍵傳動(dòng)，平鍵的兩個(gè)側(cè)面應(yīng)該與泵軸上鍵槽的側(cè)面實(shí)現(xiàn)少量的過(guò)盈配合，而與葉輪孔鍵槽兩側(cè)為過(guò)渡配合。如果平鍵的寬度與軸上鍵槽的寬度之間存在間隙，無(wú)論其間隙值大小，都可以認(rèn)定平鍵已經(jīng)失去了使用價(jià)值；葉輪與泵軸配合間隙也應(yīng)在0.05 mm以?xún)?nèi)，且間隙分布均勻。在2016年的檢修中發(fā)現(xiàn)，泵軸與葉輪配合間隙較大，且分布不均勻，最大間隙達(dá)到0.25 mm；泵軸鍵槽也有損壞現(xiàn)象，同時(shí)發(fā)現(xiàn)斷軸與葉輪結(jié)合孔處存在腐蝕現(xiàn)象。以上情況說(shuō)明葉輪、泵軸、鍵槽與鍵配合間隙存在缺陷，葉輪與泵軸密封不嚴(yán)，液體進(jìn)入內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕，這些問(wèn)題都為泵軸斷裂埋下隱患。

2.2 泵軸受較大徑向力導(dǎo)致泵軸產(chǎn)生斷裂

水泵在運(yùn)行過(guò)程中受到軸向力和徑向力的影響。但水泵葉輪采用的是對(duì)稱(chēng)布置的雙吸葉輪，很好地平衡了軸向推力。因此，實(shí)際運(yùn)行時(shí)泵軸軸向推力應(yīng)該很??；由水泵葉輪產(chǎn)生的垂直于泵軸心線(xiàn)方向的力稱(chēng)做徑向力。輔機(jī)循環(huán)水泵是具有蝸形壓水室的泵，采用蝸形壓出室的泵在設(shè)計(jì)工況時(shí)，蝸室各斷面中的壓力基本上是均勻的[1]。當(dāng)水泵流量小于設(shè)計(jì)工況流量時(shí)，蝸室中的液體流速減慢，而葉輪流出液體的絕對(duì)速度大于最優(yōu)工況時(shí)的絕對(duì)速度，此時(shí)也大于蝸室中的速度，從葉輪中流出的液體不斷撞擊著蝸室中的液體，使蝸食中的液體接受能量，蝸室中的液體壓力便自隔舌開(kāi)始向擴(kuò)散管進(jìn)口不斷增加。當(dāng)水泵流量大于設(shè)計(jì)工況流量時(shí)，與上述情況相反，從葉輪中流出的液體的絕對(duì)速度小于最優(yōu)工況時(shí)的絕對(duì)速度，也小于蝸室中的液體流速，2種液體蝸室中撞擊的結(jié)果，是蝸室中的液體要不斷傳出能量，以增加從葉輪中流出的液體的速度。這樣，蝸室中的液體壓力自隔舌至擴(kuò)散管進(jìn)口是逐漸降低的，蝸室各斷面中的壓力不相等，液體作用于葉輪出口處的圓周面上的壓力也各不相等，于是在葉輪上就產(chǎn)生1個(gè)徑向力。由于壓水室的壓力不是軸對(duì)稱(chēng)，液體流出葉輪的速度也是不對(duì)稱(chēng)的，壓力越大的地方流速就越小，壓力小的地方流速就大，方向與葉輪出口絕對(duì)速度相反，近似圓周相切，故動(dòng)反力引起的徑向力的方向大致為壓力引起的徑向力反旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)90°[2]。在小流量時(shí)大約與出口同向指向隔舌側(cè)方向，大流量時(shí)指向隔舌側(cè)相反的方向。動(dòng)反力引起的徑向力與壓力引起的徑向力合成而得到總的徑向力，且偏離越多，徑向力越大。經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)水泵的實(shí)際運(yùn)行流量偏離設(shè)計(jì)流量50%時(shí)，水泵受到的徑向力將是其設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的2.5倍。因此，如果水泵長(zhǎng)時(shí)間在遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)流量點(diǎn)的工況下運(yùn)行，將會(huì)導(dǎo)致泵軸受力惡化，從而引起斷軸。

3 解決措施

a） 根據(jù)斷軸原因分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際流量需求，采用更換葉輪的解決辦法。將原葉輪更換為1800 m3/h的小流量葉輪，以同時(shí)滿(mǎn)足冬季和夏季使用要求，這樣夏季流量偏差在11%，冬季流量偏差在38%。

b） 根據(jù)葉輪內(nèi)孔重新加工泵軸。嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)控制葉輪與泵軸配合間隙，同時(shí)控制葉輪和泵軸鍵槽與鍵的加工精度，保證它們之間的配合精度。同時(shí)，安裝時(shí)采取密封措施，防止液體進(jìn)入到葉輪和泵軸之間產(chǎn)生腐蝕[3]。

4 實(shí)施效果

3臺(tái)輔機(jī)循環(huán)水泵在2016年10月按上述方案實(shí)施改進(jìn)后至今未發(fā)生過(guò)斷軸現(xiàn)象，為公司機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障，同時(shí)節(jié)省了人力、物力，提高了機(jī)組安全可靠性，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。