Ui关于汽轮发电机定子冷却水泵频繁失效的原因分析与研究

郑利娜 赵银 董华勇

【摘  要】本文通过分析与研究电厂汽轮发电机定子冷却水泵事故频发的案例，发现设备选型配置、结构与实际运行工况设计裕度存在不足，并提出改进方案，及总结出汽轮发电机定子冷却水泵维护和项目管理过程中应关注的重点工作。

【关键词】定子冷却水泵;频发;裕度;改进方案

引言

发电机定子冷却水系统是汽轮发电机组满足发电机正常运行的重要配套系统，系统设计与供货均由发电机设备制造成套制造集成供货。该系统集装配备2台（XGST101PO、XGST 201PO）冷却水泵，来满足运行规范要求（一运一备）。

冷却水泵作为发电机定子冷却水系统的关键设备，其运行状态直接影响该系统主要功能的实现及电厂经济效益，本文通过对汽轮发电机定子冷却水泵事故频发的原因进行分析与研究，找出存在的问题，提出改进方案，并总结出定子冷却水泵维护和项目管理过程中值得借鉴的经验与建议。

1.定子冷却水泵事故概述

故障一：运行正常巡检1SEK002PS时发现异味，经确认1GST101PO泵壳恒位油杯已无油位，窥视窗爆裂、轴承油封冒烟，红外测温仪显示泵体温度高达170℃，已导致泵体变色。

经对1GST101PO解体检查，发现叶轮侧轴承压盖磨损约1mm，对应的轴承滚珠及支架损坏严重、部分已脱落，电机侧轴承受高温变色损坏，泵轴弯曲，跳动最大值达到0.50mm。

故障二：运行异音，经就地测量（驱动端水平8.39mm/s，垂直10.8 mm/s;自由端水平7.24 mm/s，垂直 6.57 mm/s，轴向 3.73 mm/s）。解体检查发现轴承滚珠骨架严重损坏、内、外圈表面剥落明显。

2.事故分析及排查

轴承失效与视窗熔化的先后机理分析，故障原因大致分为以下7方面：

2.1轴承设计选型考虑载荷裕度不足

厂家提供的《SC80-250型泵轴向载荷和轴承寿命计算报告》[1]，叶轮最终产生的轴向力为1.8148kN，当量动载荷为2.64kN。根据理论计算原球轴承寿命为23234h，国外提供数据为17500h。经检查发现报告中轴向力计算参数与泵的实际装配尺寸不符，存在错误。泵盖与后盖板间隙s值应包括背叶片宽度t值在内，但厂家计算时未包括，即理论计算要求s为5mm，而泵的实际s值达到9mm。因此造成背叶片产生的平衡力与理论计算偏差过大，轴向力不能被有效的平衡。

根据现场泵的实际参数，计算泵的当量动载荷为4.94kN，输入到SKF轴承寿命计算模型中，得出的理论轴承寿命为3536 h，该数值是在没有其他任何不良影响的情况下得出，此时轴承寿命已经远远低于原设计值，而球轴承又不适用于轴向力较大的工况使用，因此轴承因过载而疲劳损坏。

根据以上分析，轴向力过大、轴承选型错误是轴承烧毁的根本原因。

2.2轴承装配、叶轮与口环径向间隙误差

经查阅制造厂的安装记录，轴承内、外圈尺寸为标准尺寸，通过推拉泵轴测量轴向窜动量，验证轴承的游隙。原设计图纸要求间隙值为0.15-0.3mm（新提供的图纸改为0.4-0.6mm），要求轴承压盖凸台与轴承外圈留有一定的间隙已无法验证[1]。

2.3 泵、电机支座点负荷分配不均

泵定位在集裝平台上，集装底座平台找正不是以泵的出口水平面为基准，应调整泵底座垫片保证出口法兰水平在规范标准内，同时应在系统管道安装完成后解列泵与法兰连接，再以管道法兰为基准通过增减泵与电机底座的垫片调正泵中心水平，以保证系统管道应力不改变泵体动静间隙和轴系中心精度[2]。

2.4 系统管道应力阻碍泵运行热胀差

系统布置紧凑，设备与设备间连接管道距离较小，轴线中心偏差造成应力集中，解列泵进出口管道法兰检查发现均存在与泵接口径向轴向值偏差，已说明系统管道连接应力最终集中在泵体，需通过再次以管道自由中心调整泵体支点和电机中心，实现传动中心更精确的定位，有效保证整泵运行和系统共振降低。

2.5 设备出厂至安装调试阶段保养不规范

从设备到货至安装调试，定子冷却水泵没有固定的切换周期，出现过其中一台连续运行几个月，另一台一直处于热备用状态的情况，泵长时间静止轴承得不到润滑油的保护，可能出现轴承锈蚀，甚至转子弯曲等现象。Fe2O3碎屑堆积在滚道和滚珠表面之间，氧化磨屑起着磨料作用，使接触表面产生磨粒磨损，即发生微动磨损。

2.6 振动因素

泵的中心高为230mm，转速2950rpm，泵的振动测量和评价方法JB/T 8097-1999中划为第A＼B＼C三类[2]，运行数据显示量最大为2.5mm/s 振动烈度不高于4.5mm/s为B级，不足以使轴承迅速烧毁。

2.7 事故结论

根据上述分析，定子冷却水泵故障的根本原因为厂家设计轴向力计算错误，轴承选型不满足要求。促成原因厂内装配控制精度偏差、定位支点负荷分配不均、投运前期保养不彻底，综合外部环境等相关因素是导致运行频发故障。

3.改进方案

原深沟球轴承6308-2PCS的轴向负荷承载能力较差，根据轴向计算，将泵的轴及轴承等部件更换为“重型轴”结构形式，则需要更换轴、前后轴承、轴用卡环、孔用卡环、后轴承压盖等，其余零件不变。即需选择的新轴承型号为圆柱滚子轴承NU308ECP（前轴承）和双列球轴承3308A（后轴承）。

4.结 语

定子冷却水系统是汽轮发电机重要的辅助系统，而定子冷水水泵是发电机定子冷却水系统的心脏，定子冷水泵的停运将使发电机供水缺水，引发定子线圈烧毁事故，进而对经济效益产生直接影响。鉴于泵所在位置的重要性及有效的避免厂内制造质量出现偏差，应做好以下几个方面：

（1）对现场已安装泵的油杯斜口进行处理，以正常运行时油位淹没下部滚珠1/2位置为准，加油时需考虑避免轴封甩油。

（2）定期检查呼吸器，保证呼吸器畅通。

（3）建议两台泵定期切换运行。

（4）改型后，设备整体性能有待进一步验证，需定期检测其振动及温度。

（5）对于重要部件套设备，应加强制造过程控制力度。

（6）对于整泵备件，依据相关规范、标准等，核查厂内装配定位等关键装配尺寸工序，以保证出厂产品质量。

参考文献：

[1] 大耐泵业有限公司，《SC泵运行维护手册》，2012-7037-H，2014-04-05

[2] DL 5190.3-2012 《电力建设施工技术规范 第3部分：汽轮发电机组》（中华人民共和国电力行业标准）

作者简介：

郑利娜，高级工程师，1982年出生，硕士研究生，2008年3月毕业于东北电力大学，现在中核（上海）供应链管理有限公司上海招标部负责招评标管理工作

赵银，工程师，1987年出生，本科学历，2011年7月毕业于西安交通大学，现在中核（上海）供应链管理有限公司采购管理部负责设备及工程项目采购与管理工作

董华勇，高级技师，1968年出生，大专，2010年1月毕业于哈尔滨电视广播大学，现在终中国核电海南核电有限公司设备采购管理处负责3、4号及ACP100机组转机设备管理工作