国产600MW机组循环水泵改造分析

杨群发，李智强

（1.广东珠海金湾发电公司，广东 珠海 519050；2.河北邯峰发电有限责任公司，河北 邯郸 056200）

循环水泵是发电厂中流量最大的水泵，其主要作用是向汽轮机凝汽器供给冷却水，用以冷却汽轮机排汽。一旦出现循环水中断，将使机组被迫停运。某公司2台超临界600 MW 机组，每台机组配置2 台循环水泵，设备为某厂生产的88LKXA－17型立式斜流泵，循环水系统采用单元制运行。循环水泵采用小内接管加中间轴承支架形式结构，主轴为316不锈钢外加保护套管，全长约12m，由3根主轴通过联轴器相连，4个导向轴承，其中一个为中间支架轴承，轴承润滑和冷却采用海水自润滑方式。

1 存在的问题

由于该泵内接管采用自由伸缩连接和中间轴承支架结构，造成振动较大，进而引发诸多问题：出现过2次泵体损坏、主轴弯曲事故，检修间隔周期非常短，每次解体检修中间轴承支架均出现裂纹甚至断裂、导轴承严重磨损、主轴腐蚀等现象［1－2］。

2 原因分析

2.1 泵转轴设计刚度不足

内接管采用自由伸缩连接和开放式中间轴承支架［3］，该设计主要有3方面的不足。

a.内接管为φ377mm×10mm 不锈钢管，设计功能主要是作为保护水泵主轴的套管，忽略了作为辅助功能的中间轴承支架作用，而作为中间轴承支架明显偏小和单薄，支撑强度不足。

b.由于中间轴承支架外圈与泵筒体设计为有0.3～0.40 mm 间隙的松装结构，泵轴每转一圈就对两结合面一个敲击作用力，极易造成中间轴承支架出现裂纹和损坏。另外中间轴承支架外圈与泵筒体材质差异，加上海水的长期腐蚀作用，泵筒体与中间轴承支架的间隙越来越大，中间轴承支架摆动也越来越大，最终导致导轴承磨损增大，随着轴承磨损增大，引起泵运行振动逐渐上升，进而影响泵运行的可靠性。

c.原内接管与泵体支撑板处填料函体连接方式为自由伸缩结构，最大可达45 mm。这样能够降低了泵转轴的刚度和抗干扰能力，特别是在循环水泵启停和海水潮位变化时，因受泵的导流体上浮推力而引起泵较大的振动变化。

2.2 泵主轴腐蚀严重

主轴表面主要受到点蚀严重，主轴原设计采用SU316材料，后又采用更换材料（改用SU316L材料）以及在内接管上开孔增大外加阴极电流等办法，均未能解决此问题。主要原因是目前国内在大件金属材料制造中存在缺陷，杂质和溶质不均一，材料的抗点蚀性能因数和抗间隙腐蚀性能因数普遍偏低，达不到耐腐蚀性能指标要求［4］。

2.3 导轴承磨损

大型立式泵的导轴承起着承受转轴的径向分力和稳定泵转动部件的作用，如果导轴承磨损过大，则会造成转轴和叶轮摆动增大，引发泵的振动加剧或叶片碰磨，甚至发生循环水泵的损坏事故。循环水泵的导轴承运行环境差，长期在海水中发生磨损，一方面是上述分析的中间轴承支架摆动大造成摩擦加剧造成的，另一方面是导轴承本身自润滑水为海水，由于杂质较多，泥沙、海生物等进入轴承间隙，经轴颈的挤压嵌入轴承，磨损轴套，被磨毛糙的轴颈反过来加速轴承的磨损，恶性循环，轴承磨损加剧又增加泵的振动，可靠性降低［5］。

2.4 导流抗冲击能力弱

导流吐出弯管裂纹多，吐出弯管为镍铬铸铁材料，其主要作用是把泵抽吸上来的海水改变90°角后排出泵体外，其受到的海水冲击较大，遭受的流动海水腐蚀相当严重。此处为循环水泵最为恶劣工况位置之一，原为铸铁件，壁厚又较为单薄，所以经常出现裂纹，而铸铁又难以修补［6－7］。

2.5 循环水泵主轴联轴器设计不合理

循环水泵检修间隔周期为一年，因为循环水泵主轴联轴器设计不合理，拆卸困难，所以循环水泵每次检修时间较长。原泵的套筒联轴器结构为轴与轴之间通过连接卡环连接，在检修拆卸时，松掉卸下止推卡环后，需将套筒联轴器沿上轴移动一段距离，使连接卡环完全退出套筒联轴器后，取下连接卡环后上下两轴才能脱开。因套筒联轴器与主轴之间间隙较小，并且时常有海水中的杂质卡在其中，因此沿上轴移动拆卸过程异常耗时和困难，要动用火焰加热烘烧方式来拆卸或破坏性拆卸，极易拉毛损伤套筒联轴器及主轴，也容易造成主轴弯曲和脱落。

3 改造方案

a.对于泵转轴设计刚度不足问题，主要改造三方面的设计和结构：将内接管由原φ377mm×10mm 改为φ660 mm×16 mm，材料由原316L改为双相不锈钢，提高内接管刚度；内接管与泵体填料函体连接方式由原来自由伸缩连接改为有限制自由连接，使内接管密封段与泵盖板之间的摩擦力加大，克服原来启停泵和海水潮位变化时易造成导流体上浮而引起振动增大的问题；取消原来中间轴承支架，在新内接管与原中间轴承支架相同位置上改为导轴承，并固定在内接管上，提高导轴承的径向支撑刚度。

b.主轴设计材料选用00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢［4］。双相不锈钢兼有奥氏体韧性、焊接性，又有铁素体的高强度、耐氯化物腐蚀性能。循环水泵主轴按不锈钢材料耐腐蚀性能要求，主要是抗点蚀性能因数和抗间隙腐蚀性能因数2个指标，结合综合力学性能要求，采用00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢。

c.改变中间轴承支架结构，减少循环水泵主轴大幅度摆动。改变导轴承冷却润滑方式［6－7］，从机组服务水系统接出一路淡水向循环水泵内接管中提供所有导轴承的冷却润滑水，这样泵的主轴和导轴承处在淡水的环境中，减少介质的腐蚀和杂质的磨损。为了保证内接管内充满水和节约用水，在下导轴承位置增加节流装置［8］。另外，为确保冷却润滑水供应可靠可在消防水系统中接出一路水源作为备用。

d.原导流吐出弯管为镍铬铸铁材料，改造时将其改成焊接结构，采用双相不锈钢材料提高其抗腐蚀性能，结构上在导流片接管和导流片上布置刚性较大的加强筋，增强其强度和刚度，使其在上抽的海水冲击下稳定地导流，维护循环水泵整体的运行稳定。

e.取消原泵套筒联轴器轴与轴之间的连接卡环，在拆卸时只要松开套筒联轴器两端的止推卡环，即可拆出套筒联轴器，方便了安装和检修时的拆卸。同时，因为取消了上、下主轴之间的连接卡环，使得上、下主轴与套筒联轴器之间的有效接触长度和面积增大，更加加固稳定了整个轴系之间的连接刚度，有利于主轴在运行过程中的稳定性。

4 改造效果

按照上述方案对循环水泵进行改造，改造后的循环水泵于2012年9月投运，至今已连续运行2年多，以循环水泵组最大振动的位置，即电机顶部振动来观察和分析，循环水泵组振动和电流非常稳定。2014年10月对循环水泵进行解体检查，从泵轴、轴承、轴套等零件完好无损，实现了首次循环水泵解体不用更换备件的纪录。

5 结束语

通过对88LKXA－17型立式斜流泵进行改造，较好地解决了因为结构缺陷和材料选用不当造成设备的异常停运和检修，彻底地消除了原来可靠性差的隐患，延长了检修周期，提高设备的可靠性和安全性。为提高机组循环冷却水供应的可靠性和节能降耗要求，对2台机组共4台循环水泵由原来的单元制运行方式改造为母管制方式运行，根据海水的温度可选择2台、3台或4台循环水泵向2台机组供应循环冷却水，不仅提高了机组的可靠性和安全性，还能大大地降低厂用电。

［1］王兴国，岳海生，李智强，等.河北南网循环水泵改造实践与分析［J］.河北电力技术，2005，25（5）：23－25.

［2］黄 根，仇宝云，黄海田，等.大型立式水泵机组可靠性影响因素分析［J］.农业机械，2012，175（35）：109－111.

［3］石建东，徐军锋.托克托发电厂二期循环水泵改造分析探讨［J］.华北电力技术，2005（12）：43－44.

［4］朱德勇，姜华伟，高建强.华能海门电厂循环水泵材料的选用［J］.广东电力，2008，21（12）：73－76.

［5］林海江.大型水泵导轴承润滑与密封研究［D］.浙江：扬州大学，2006.

［6］谷秋成.火电厂立式斜流循环水泵改造中的设计研究方法［D］.河北：华北电力大学，2005.

［7］卢承斌，杨贤彪.660 WM 机组循环水泵损坏事故分析［J］.江苏电机工程，2011，30（3）：25－27.

［8］仇宝云，黄海田，魏强林，等.大型立式水泵油轴承改水轴承的应用研究［J］.流体机械.2000，28（21）：35－37.