关于100SBⅡ—J型锅炉给水泵轴向窜量过大问题的原因分析及探讨

孙文龙　赵恒

摘 要：神华宁煤烯烃二套动力装置P-292207调速型锅炉给水泵运行过程中，状态监测到给水泵轴向窜量过大，且泵体两端轴承箱振值较大，超过报警值，拆检后发现推力轴承磨损严重，且径向轴瓦、平衡盘、平衡座、节流套都有磨损情况，配合间隙超出要求范围。随后对以上部件进行检查更换，检修后轴承箱振值较大的现象仍然存在，最终将给水泵的芯包抽出整体下线进行大修，解体后发现叶轮、密封环、导叶套磨损严重，最大位置的磨损间隙值已经达到了2.01mm（要求值0.45-0.54mm），随后对叶轮、密封环进行修复，并按照厂家的数据资料和装配要求，回装给水泵，检修结束后锅炉给水泵运行正常，轴承箱的振动值满足要求。现对给水泵轴向窜量过大问题的原因进行浅析，为后期锅炉给水泵的检修提供参考。

关键词：多级泵；叶轮；轴向力；节流套；平衡盘

引言

烯烃二套动力装置主要由4台280t/h的循环流化床锅炉组成，配套的锅炉给水泵共计4台，分别是2台定速锅炉给水泵、1台汽动式锅炉给水泵和1台调速锅炉给水泵，在装置的运行中占据着核心地位，主要作用就是将具有一定温度、除过氧的给水，提高压力后输送给锅炉，以满足锅炉用水需要。在运行过程中状态监测到100SBⅡ-J型调速锅炉给水泵轴向窜量过大，两端轴承箱的振动值较大（最大振速已经达到6.5mm/s，报警值为5.7mm/s）。随后对两端轴承箱进行检查，对径向轴瓦、推力轴瓦、平衡盘、平衡座、节流套进行检查更换，经过多次拆检后，轴承箱的振动值仍然存在，最后造成给水泵芯包下线进行大修。

1 锅炉给水泵的结构

100TSBⅡ-JA型锅炉给水泵为卧式双壳体，内壳体为节段式多级离心泵，可在不移动进、出口管路情况下抽出内壳体进行维修，主要结构由泵外壳、进水段、中段、出水段、叶轮、轴、轴封装置、平衡装置和轴承组成。

2 轴的轴向力产生原因及大小

泵轴的轴向力大小为：F=∑（F1-F2+F3）。

2.1 叶轮前后盖板受相同压力面积差引起的轴向力F1

因为叶轮经前后盖板不对称，前盖板在吸入孔部分没有盖板。另一方面，叶轮前后盖板带动前后腔内的液体旋转，盖板侧腔内的液体压力按抛物线规律分布。作用在后盖板上的压力与前盖板对称作用的压力除口环以上部分相抵消外，口环下部减去吸入压力所余压力产生的轴向力，方向指向叶轮入口，此力就是F1。

2.2 动反力（反动力）F2

液体沿轴向进入叶轮，沿径向或斜向流出，液流通过叶轮其方向之所以变化，是因为液体受到叶轮作用力的结果。反之，液体给叶轮一个大小相等方向相反的反作用力，即动反力F2。

2.3 叶轮入口的水推力F3

F1的大小与泵的扬程、叶轮尺寸、型式等因素有关；F2为液体的动反力（反冲力），其大小与泵的流量、速度变化情况有关；F3为叶片两边的压力差，大小与叶片形状有关；F2、F3在正常运转时很小，可以忽略不计，所以正常运转的多级泵轴向力约为∑F1。

轴向力F1经验公式为F1=9.8KH1γπ（R2-r2）

式中：H1为扬程，m；γ为液体重度，kg/m3；R为口环半径，m；r为叶轮轮毂半径，m；K为与比转速有关的经验系数（具体可查表）[1]。

3 100TSBⅡ-JA型锅炉给水泵运行过程中轴向力产生不平衡的原因及解决方法

100TSBⅡ-JA型锅炉给水泵设计的平衡轴向力采用平衡盘来平衡轴向力，考虑到总有一定的残余轴向力，同时装设推力轴承，推力轴承为主副可倾瓦块式推力轴承，转子正常运行后推力盘与主副推力瓦块均不接触，同时采取状态监测探头对转子的轴向位置进行监控；另外在泵体上安装有平衡管来平衡一部分的轴向力。给水泵在运行过程中出现轴向位移增大，推力盘磨损严重，说明平衡装置没有起到平衡作用，平衡装置失去作用。通过对100TSBⅡ-JA型锅炉给水泵拆检测得的数据可知造成轴向位移较大的原因及解决措施有以下几条。

3.1 平衡盘配合间隙过大

通过拆检发现运行过程中平衡盘截流套磨损严重，使得截流套与平衡座套间的间隙较大（测量值为0.60mm，报废值为0.55mm），从而造成通过平衡盘的液体流量变化增大，且平衡盘与平衡座有明显的磨损痕迹，破坏转子的平衡状态。解决方法：对截流套及平衡盘进行更换，更换后对平衡盘及平衡座进行接触面检测，基础面积应≥80%。

3.2 叶轮口环磨损严重，级间通流间隙增大

通过拆检检查，发现各级叶轮口环和导叶密封环严重磨损，测得叶轮口环间隙最大值为2.01mm（标准值为0.45-0.25mm）；导叶密封环间隙最大值为1.34mm（标准值为0.10-0.48mm）。由轴向力F1经验公式为F1=9.8KH1γπ（R2-r2）可知，当叶轮口环尺寸与叶轮轮毂变化较大时，轴向力变化较大，破坏了转子的轴向平衡状态，从而引起转子的轴向窜动。解决办法：对叶轮进行修复，调整叶轮口环间隙符合装配要求。

3.3 转子的动平衡状态超出范围

通过对泵轴进行弯曲度检测，测得泵轴在第七级导叶密封处位置最大跳动值为0.07mm，使得泵轴弯曲度严重超标，不符合装配要求，从而破坏了转子的动平衡，使得转子在运行过程中始终处于不平衡状态，从而引起设备其他零部件的磨损及破坏，造成各项状态监测超限。解决方法：对泵轴进行校轴处理，并对转子进行动平衡试验，对转子动平衡进行调整。

经过分析，因100TSBⅡ-JA型调速锅炉给水泵在锅炉启停过程中可以起到调节锅炉给水量的作用，所以相对于其他给水泵启停次数较频繁。而工艺人员在启停100TSBⅡ-JA型调速锅炉给水泵过程中由于操作不当或频繁启停，造成泵轴弯曲、平衡盘截流套及平衡盘磨损，从而引起转子动平衡被破坏，继而引起叶轮口环磨损。最终导致转子平衡装置失效、轴向力不平衡，径向轴瓦、平衡盘、平衡座、节流套及止推轴承磨损破坏，使得机泵不能稳定运行。在今后的生产过程中工艺应当细化100TSBⅡ-JA型调速锅炉给水泵启停步骤，严格按照操作规程进行操作，避免设备损坏。检修人员应当总结检修经验，提高检修技能，对症下药，及时准确消除设备缺陷。提高因转子动平衡被破坏从而引起水泵轴向窜量过大的重视程度。

参考文献

[1]赵丽雅.多级离心泵转子轴向位移（窜量）的分析及调整[J].水泵技术，1997，3.