鄭利娜 趙銀 董華勇

【摘 ?要】本文通過分析與研究電廠汽輪發(fā)電機(jī)定子冷卻水泵事故頻發(fā)的案例，發(fā)現(xiàn)設(shè)備選型配置、結(jié)構(gòu)與實(shí)際運(yùn)行工況設(shè)計(jì)裕度存在不足，并提出改進(jìn)方案，及總結(jié)出汽輪發(fā)電機(jī)定子冷卻水泵維護(hù)和項(xiàng)目管理過程中應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)工作。

【關(guān)鍵詞】定子冷卻水泵;頻發(fā);裕度;改進(jìn)方案

引言

發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組滿足發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的重要配套系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與供貨均由發(fā)電機(jī)設(shè)備制造成套制造集成供貨。該系統(tǒng)集裝配備2臺(tái)（XGST101PO、XGST 201PO）冷卻水泵，來滿足運(yùn)行規(guī)范要求（一運(yùn)一備）。

冷卻水泵作為發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響該系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)及電廠經(jīng)濟(jì)效益，本文通過對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)定子冷卻水泵事故頻發(fā)的原因進(jìn)行分析與研究，找出存在的問題，提出改進(jìn)方案，并總結(jié)出定子冷卻水泵維護(hù)和項(xiàng)目管理過程中值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)與建議。

1.定子冷卻水泵事故概述

故障一：運(yùn)行正常巡檢1SEK002PS時(shí)發(fā)現(xiàn)異味，經(jīng)確認(rèn)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(cè)溫儀顯示泵體溫度高達(dá)170℃，已導(dǎo)致泵體變色。

經(jīng)對(duì)1GST101PO解體檢查，發(fā)現(xiàn)葉輪側(cè)軸承壓蓋磨損約1mm，對(duì)應(yīng)的軸承滾珠及支架損壞嚴(yán)重、部分已脫落，電機(jī)側(cè)軸承受高溫變色損壞，泵軸彎曲，跳動(dòng)最大值達(dá)到0.50mm。

故障二：運(yùn)行異音，經(jīng)就地測(cè)量（驅(qū)動(dòng)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(fā)現(xiàn)軸承滾珠骨架嚴(yán)重?fù)p壞、內(nèi)、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(jī)理分析，故障原因大致分為以下7方面：

2.1軸承設(shè)計(jì)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(jì)算報(bào)告》[1]，葉輪最終產(chǎn)生的軸向力為1.8148kN，當(dāng)量動(dòng)載荷為2.64kN。根據(jù)理論計(jì)算原球軸承壽命為23234h，國(guó)外提供數(shù)據(jù)為17500h。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)報(bào)告中軸向力計(jì)算參數(shù)與泵的實(shí)際裝配尺寸不符，存在錯(cuò)誤。泵蓋與后蓋板間隙s值應(yīng)包括背葉片寬度t值在內(nèi)，但廠家計(jì)算時(shí)未包括，即理論計(jì)算要求s為5mm，而泵的實(shí)際s值達(dá)到9mm。因此造成背葉片產(chǎn)生的平衡力與理論計(jì)算偏差過大，軸向力不能被有效的平衡。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)泵的實(shí)際參數(shù)，計(jì)算泵的當(dāng)量動(dòng)載荷為4.94kN，輸入到SKF軸承壽命計(jì)算模型中，得出的理論軸承壽命為3536 h，該數(shù)值是在沒有其他任何不良影響的情況下得出，此時(shí)軸承壽命已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原設(shè)計(jì)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(jù)以上分析，軸向力過大、軸承選型錯(cuò)誤是軸承燒毀的根本原因。

2.2軸承裝配、葉輪與口環(huán)徑向間隙誤差

經(jīng)查閱制造廠的安裝記錄，軸承內(nèi)、外圈尺寸為標(biāo)準(zhǔn)尺寸，通過推拉泵軸測(cè)量軸向竄動(dòng)量，驗(yàn)證軸承的游隙。原設(shè)計(jì)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(tái)與軸承外圈留有一定的間隙已無法驗(yàn)證[1]。

2.3 泵、電機(jī)支座點(diǎn)負(fù)荷分配不均

泵定位在集裝平臺(tái)上，集裝底座平臺(tái)找正不是以泵的出口水平面為基準(zhǔn)，應(yīng)調(diào)整泵底座墊片保證出口法蘭水平在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，同時(shí)應(yīng)在系統(tǒng)管道安裝完成后解列泵與法蘭連接，再以管道法蘭為基準(zhǔn)通過增減泵與電機(jī)底座的墊片調(diào)正泵中心水平，以保證系統(tǒng)管道應(yīng)力不改變泵體動(dòng)靜間隙和軸系中心精度[2]。

2.4 系統(tǒng)管道應(yīng)力阻礙泵運(yùn)行熱脹差

系統(tǒng)布置緊湊，設(shè)備與設(shè)備間連接管道距離較小，軸線中心偏差造成應(yīng)力集中，解列泵進(jìn)出口管道法蘭檢查發(fā)現(xiàn)均存在與泵接口徑向軸向值偏差，已說明系統(tǒng)管道連接應(yīng)力最終集中在泵體，需通過再次以管道自由中心調(diào)整泵體支點(diǎn)和電機(jī)中心，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)中心更精確的定位，有效保證整泵運(yùn)行和系統(tǒng)共振降低。

2.5 設(shè)備出廠至安裝調(diào)試階段保養(yǎng)不規(guī)范

從設(shè)備到貨至安裝調(diào)試，定子冷卻水泵沒有固定的切換周期，出現(xiàn)過其中一臺(tái)連續(xù)運(yùn)行幾個(gè)月，另一臺(tái)一直處于熱備用狀態(tài)的情況，泵長(zhǎng)時(shí)間靜止軸承得不到潤(rùn)滑油的保護(hù)，可能出現(xiàn)軸承銹蝕，甚至轉(zhuǎn)子彎曲等現(xiàn)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(chǎn)生磨粒磨損，即發(fā)生微動(dòng)磨損。

2.6 振動(dòng)因素

泵的中心高為230mm，轉(zhuǎn)速2950rpm，泵的振動(dòng)測(cè)量和評(píng)價(jià)方法JB/T 8097-1999中劃為第A＼B＼C三類[2]，運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示量最大為2.5mm/s 振動(dòng)烈度不高于4.5mm/s為B級(jí)，不足以使軸承迅速燒毀。

2.7 事故結(jié)論

根據(jù)上述分析，定子冷卻水泵故障的根本原因?yàn)閺S家設(shè)計(jì)軸向力計(jì)算錯(cuò)誤，軸承選型不滿足要求。促成原因廠內(nèi)裝配控制精度偏差、定位支點(diǎn)負(fù)荷分配不均、投運(yùn)前期保養(yǎng)不徹底，綜合外部環(huán)境等相關(guān)因素是導(dǎo)致運(yùn)行頻發(fā)故障。

3.改進(jìn)方案

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

4.結(jié) 語(yǔ)

定子冷卻水系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)重要的輔助系統(tǒng)，而定子冷水水泵是發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)的心臟，定子冷水泵的停運(yùn)將使發(fā)電機(jī)供水缺水，引發(fā)定子線圈燒毀事故，進(jìn)而對(duì)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接影響。鑒于泵所在位置的重要性及有效的避免廠內(nèi)制造質(zhì)量出現(xiàn)偏差，應(yīng)做好以下幾個(gè)方面：

（1）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)已安裝泵的油杯斜口進(jìn)行處理，以正常運(yùn)行時(shí)油位淹沒下部滾珠1/2位置為準(zhǔn)，加油時(shí)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(tái)泵定期切換運(yùn)行。

（4）改型后，設(shè)備整體性能有待進(jìn)一步驗(yàn)證，需定期檢測(cè)其振動(dòng)及溫度。

（5）對(duì)于重要部件套設(shè)備，應(yīng)加強(qiáng)制造過程控制力度。

（6）對(duì)于整泵備件，依據(jù)相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等，核查廠內(nèi)裝配定位等關(guān)鍵裝配尺寸工序，以保證出廠產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 大耐泵業(yè)有限公司，《SC泵運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)》，2012-7037-H，2014-04-05

[2] DL 5190.3-2012 《電力建設(shè)施工技術(shù)規(guī)范 第3部分：汽輪發(fā)電機(jī)組》（中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）

作者簡(jiǎn)介：

鄭利娜，高級(jí)工程師，1982年出生，碩士研究生，2008年3月畢業(yè)于東北電力大學(xué)，現(xiàn)在中核（上海）供應(yīng)鏈管理有限公司上海招標(biāo)部負(fù)責(zé)招評(píng)標(biāo)管理工作

趙銀，工程師，1987年出生，本科學(xué)歷，2011年7月畢業(yè)于西安交通大學(xué)，現(xiàn)在中核（上海）供應(yīng)鏈管理有限公司采購(gòu)管理部負(fù)責(zé)設(shè)備及工程項(xiàng)目采購(gòu)與管理工作

董華勇，高級(jí)技師，1968年出生，大專，2010年1月畢業(yè)于哈爾濱電視廣播大學(xué)，現(xiàn)在終中國(guó)核電海南核電有限公司設(shè)備采購(gòu)管理處負(fù)責(zé)3、4號(hào)及ACP100機(jī)組轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備管理工作