浅析秦山第二核电厂热水循环泵轴承烧毁事件

刘德军　代巍巍　侯志华　郭艺辉

摘要：文章论述了秦山第二核电厂SES热水循环泵轴承烧毁故障的原因分析，通过现象分析和理论计算发现是轴向力过大导致的轴承烧毁，最终通过改进叶轮平衡孔的尺寸减小了轴向力，解决了该水泵的轴承烧毁缺陷。文章对叶轮的轴向力进行了计算，有助于提高检修人员对水泵轴向力的认知和检修能力。

关键词：核电厂；热水循环泵；轴承烧毁；叶轮；轴向力；平衡孔 文献标识码：A

中图分类号：TM623 文章编号：1009-2374（2015）22-0137-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.067

1 概述

秦山第二核电厂SES（热水生产系统）系统以95℃的热水，向核岛及常规岛用户供热。SES系统由两台热水循环泵运行维持恒定的循环水量。热水循环泵型号为SB-X125-100-230，是卧式单级离心泵。2013年12月、2014年9月和2014年12月1SES201PO热水泵连续三次轴承烧毁。严重影响了该系统的正常运行。

笔者介入分析前，检修人员已对水泵基础进行调整，并改造了轴承的润滑系统，排除了基础振动和润滑不良以及轴承本身制造缺陷等的可能，但仍然无法有效解决该泵的轴承烧毁问题。

本文作者对烧毁原因进行了分析，经过理论计算验证了轴承烧毁的根本原因是口环间隙过大导致叶轮平衡孔无法有效平衡轴向力，轴向力过大导致轴承磨损烧毁，最终通过增大叶轮平衡孔直径以减少轴向力解决了该泵的缺陷，并结合实际，提出后续对轴承进行换型的方法，以从根本上解决此问题。

2 缺陷分析及问题处理

该泵是卧式单级离心泵，型号为SB-X125-100-230。采用两个脂润滑的深沟球轴承支撑。叶轮根部有7个均布的平衡孔来平衡轴向力。使用机械密封，使用弹性块联轴器。靠背轮与轴使用键传动。

三次损坏均是轴承完全烧毁。检查发现泵侧联轴器端面磨损（经测量深约2mm），驱动端轴承端盖磨损，联轴器无松动；解体轴承箱，发现泵轴整体位移（经测量约9mm），非驱动端轴承保持架变形、滚动体磨损，驱动端轴承损坏，泵轴烧损，非驱动端轴承端盖磨损；检查叶轮，未见明显擦痕；电机无明显异常。

检修人员经过分析认为有以下可能原因：轴承本身质量问题、轴承润滑不良、系统波动导致泵瞬态变化、振动导致损坏、轴向力过大。在笔者介入分析之前，检修人员已经安排了熟练技工进行检修，将原先的SKF6306深沟球轴承更换成自身带有防尘盖的SKF6306-2Z轴承，以改善其润滑条件，并对轴承支座进行复核，以排除支座振动等问题。且前面几次检修后设备再鉴定时并未发现有振动过大的现象，故排除振动原因。

从轴承保持架断裂和靠背轮与轴承箱的摩擦上分析，显然转子部件往叶轮方向窜动很大。窜动的原因既已排除了轴承本身故障，显然轴向力是一个重要因素。且SKF6306轴承是深沟球轴承，本身并不能承受较大的轴向力载荷。故笔者对轴向力进行了计算：

很显然，不平衡力非常大，且由于轴承是非推力轴承，难以承受大量的轴向力，故轴承很容易损坏甚至烧毁。进而导致叶轮窜动，导致水泵动静磨损。

一般来说，平衡孔的面积是口环间隙过流面积的5～8倍，该泵的平衡孔面积远远没有达到口环间隙的5倍，故平衡孔很难起到实际的作用。根据GB/T 16907-1997离心泵技术条件，直径在125～150mm的，动静密封处的最小直径间隙为0.43mm。超过150mm的增加0.025mm。SES热水泵的口环出直径159mm，其最小直径间隙为0.43+0.025=0.455mm。考虑到该泵的口环直径间隙1.25mm比较大，建议更换叶轮。新叶轮口环直径间隙0.8mm，几乎是标准的直径间隙的2倍，且该间隙无法通过检修调整。

新叶轮自带的平衡孔尺寸6.2mm，比旧叶轮的5.04mm大。下面计算新叶轮的轴向力：

计算势扬程Hp如下：

ηn=0.8667；Ht=72.69m；U2=45.48m/s；Hp=60.17

密封间隙阻力系数：

密封间隙过流面积：

Fm=0.159*3.14*0.0004=1.997*10-4m2

平衡孔总面积：

平衡孔总面积线速度：

取平衡孔阻力系数ζb=2

平衡孔的泄露量：

泄露量占比：

平衡孔的平衡力：

可见新的平衡孔比旧平衡孔的平衡力大了许多。但对于总的轴向力来说，仍然不足50%。

工程师对平衡孔扩孔的可能进行了计算，最终若将平衡孔直径d扩成10mm，其平衡力A1=5296N，扩孔后，若不考虑平衡反力，剩余轴向力A剩余=A1-A1=2515N，若考虑平衡反力，则剩余轴向力还会小一些。

平衡孔扩大后会影响回流的流量，且扩大到一定程度之后平衡孔两侧压力趋向一致，其平衡效果的增加就不明显了。平衡孔扩成10mm是一个比较优良的值，其轴向力平衡变成了原先的6倍左右。笔者也对平衡孔再扩大进行了计算，从10mm增加到12mm，其轴向力平衡仅仅增加了几百牛，效果已经不明显了，但是会增大流量损失，故检修人员将平衡孔扩孔至10mm。

3 处理结果

根据计算结果，确认是轴向力过大引起的轴承磨损后烧毁。检修人员将新叶轮的平衡孔扩孔至10mm。再鉴定时一次成功，设备振动参数良好。至笔者发稿日时该泵仍然稳定运行。但是该泵的深沟球轴承不能承受较大的轴向力，且以后更换叶轮或者口环磨损之后又难免会造成轴向力的增大。笔者建议后续对泵轴承进行改造，改造成可承受轴向力的角接触球轴承可确保无忧。

4 结语

本文通过对SES热水泵的轴承烧毁故障进行分析，通过理论计算结合实际推理的方法判断出轴向力过大的根本原因，并通过理论计算对平衡孔进行扩孔，最终解决了轴承烧毁问题。并根据该泵的实际情况，提出了最终解决该问题的建议。检修工程师应掌握设备结构设计的一定理论基础，本文的工程经验有利于提高检修人员对水泵轴向力的认知并提高检修水平。

作者简介：刘德军（1982-），男，浙江江山人，中核核电运行管理有限公司工程师，研究方向：核电厂主泵。

（责任编辑：蒋建华）