350 MW机组电动给水泵组故障分析及对策

叶 明

（国家能源集团九江发电有限公司，江西 九江 332000）

1 350 MW机组电动给水泵组概况

国家能源集团九江发电有限公司5号机组、6号机组均系容量350 MW、亚临界、一次中间再热、冲动式、单轴、双缸双排汽的凝汽式TCDF-40型汽轮机，每台机配备2套50%容量的汽动给水泵（以下简称“汽泵”）组、1套50%容量的电动给水泵（以下简称“电泵”）组。机组正常运行时投入2套汽泵组运行，电泵组既作为机组启停时的启动给水泵组，也作为机组运行时的备用给水泵组，均用来向锅炉提供高压给水。电泵组由1台沈阳水泵厂制造的YKND400/300型电泵前置泵、1台东方电机股份有限公司制造的TKS-6500-4型驱动电机、1台ST.POELTEN-AUSTRJA制造的R16k550.1型调速液力偶合器和1台韦尔泵有限公司制造的FK6F32-K型给水泵串联安装组成，共用1台电机驱动。另外，电泵组还设置有1台辅助润滑油泵和1台润滑油泵，用来向电泵组的电泵前置泵各轴承、电机各轴承、液力偶合器各轴承和给水泵各轴承提供润滑油；还设置1台工作油泵，用来向液力偶合器提供工作油。5号机电泵组的电泵前置泵轴与电机轴采用膜片式联轴器连接，电机轴与液力偶合器输入轴采用刚性联轴器连接，液力偶合器输出轴与给水泵轴采用膜片式联轴器连接；6号机电泵组的电泵前置泵轴与电机轴采用膜片式联轴器连接，电机轴与液力偶合器输入轴采用齿式联轴器连接，液力偶合器输出轴与给水泵轴采用膜片式联轴器连接。2台机组电泵组的电泵前置泵均为卧式单级离心水泵，采用双吸叶轮，支持轴承为圆筒式轴瓦，轴瓦设计有甩油环，推力轴承为推力瓦块式，轴封采用集装式机械密封形式密封，该机械密封的弹簧设计为总压缩量6 mm，预压缩量2.5 mm。

2 电泵组运行中存在的问题

电泵组运行中存在的问题主要有以下几方面：一是振幅严重超标。5号机电泵前置泵额定转速为1 485 r/min，合格标准要求振幅小于0.08 mm，而5号机电泵前置泵运行中振动很大，最大振幅高达0.28 mm，振幅严重超标。二是漏水及推力瓦运行温度严重超标。在一次5号炉做水压试验中，5号机电泵组运行中突发电泵前置泵驱动端机械密封漏水、非驱动端机械密封漏水及推力瓦运行温度急剧升高，最高达90℃，严重超标，电泵组被迫停运检修，导致该次5号炉水压试验被迫中断。三是油泵泵出的润滑油无法进入电泵前置泵驱动端轴瓦和油室内。6号机电泵组备用及运行时，在一段时间里突发辅助润滑油泵和润滑油泵泵出的润滑油无法进入电泵前置泵驱动端轴瓦和油室内，观察轴瓦油室出油观察窗，查得无润滑油排出。故障出现时间段内，历次电泵组投入运行前都是通过人工向轴瓦油室内加入足够润滑油，但投运近45 min，油位由正常范围的最高位缓慢下降至最低位，不得不再次加入足够润滑油，且如此不断重复，电泵组投入运行，必须设专人监视电泵前置泵驱动端轴瓦油室内润滑油油位下降情况和甩油环甩油情况，为确保绝对安全，每间隔40 min添加1次润滑油，以确保轴瓦油室的油位维持在正常范围内，维持电泵组连续运行。这种不利状况，不但增大了人工维护工作量，对电泵组安全运行乃至机组的安全启停和运行都是极为不利的。四是液力偶合器工作油温度严重超高。6号机电泵组运行中，突发液力偶合器工作油温度不断升高，最高达到了110℃，严重超标，且还有迅速上升的趋势，液力偶合器还无法使给水泵带60%以上负荷运行，严重威胁电泵组安全运行及机组安全启停和运行。五是主油泵的传动主、从动斜齿轮磨损严重。6号机电泵组的液力偶合器内增速齿轮完好，而主油泵的传动主、从动斜齿轮严重磨损损坏。

3 电泵组故障原因分析

3.1 5号机电泵组故障原因分析

a）由于5号机电泵前置泵侧靠背轮与泵轴配合间隙过大，且该泵与电机靠背轮中心偏差过大，导致电泵前置泵运行时振动很大，振幅严重超标。

b）5号机电泵前置泵转子总窜动量为10 mm属于合格，经检查发现推力盘并紧螺母未松动退出状况下的泵转子工作窜动量为2.0 mm，而标准值范围为5±0.5 mm，属不合格。这就导致叶轮出口未完全对准泵体出口，并造成泵侧靠背轮与电机侧靠背轮间距尺寸比联轴器中间短节长度加两块膜片厚度的总尺寸大了3 mm（标准要求不大于0.5 mm），属严重超标，且泵轴与泵侧靠背轮配合间隙高达0.30 mm，具备了泵侧靠背轮能在泵轴上轴向移动的条件，使泵侧靠背轮向电机方向轴向位移了3 mm，泵侧靠背轮与泵轴的泵侧靠背轮限位台肩端面之间出现3 mm间隙，留下了能使得泵转子可以向驱动端轴向窜动3 mm的量。因此，5号机电泵前置泵运行时，因振动过大，引发推力盘并紧螺母松动退出，造成推力盘可以在泵轴上轴向移动，当出现轴向推力指向驱动端时，导致泵转子向驱动端窜动了3 mm，驱动端机械密封弹簧压缩量增大了3 mm，动环与静环接触紧力增大，引起动环与静环摩擦发热，导致动环与静环之间水膜全部蒸发破坏，动环与静环出现严重干磨，发热量急剧增大，加之该泵振动很大，导致动环开裂，引起泄漏，同时泵转子向驱动端窜动3 mm，使得非驱动端机械密封动静环接触紧力大幅度减小，非驱动端机械密封出现漏水。与此同时，因推力盘并紧螺母松脱，推力盘可以在泵轴上轴向移动，又使得轴向推力无法施加在驱动端推力瓦上，也就是说此时驱动端推力瓦未承受到轴向推力，故未造成该侧推力瓦磨损，此时轴向推力转移到了液力偶合器的推力瓦承担，所幸查得液力偶合器的推力瓦无异常。

c）因5号机电泵前置泵运行中振动很大，导致推力盘并紧螺母振松退出，使得推力盘失去轴向定位作用，并引起推力盘端面跳度增大超标，且泵轴与泵侧靠背轮配合松动，当该泵运行中出现轴向推力方向指向非驱动端时，非驱动端推力瓦承受轴向推力，且该泵振动很大，导致非驱动端侧推力瓦油膜被破坏，该侧推力瓦乌金与推力盘发生干摩擦，造成乌金表面出现部分磨损熔化，同时因非驱动端推力瓦严重磨损，厚度减薄了0.5 mm，使得推力间隙增大了0.5 mm，泵轴向非驱动端多窜0.5 mm，导致非驱动端机械密封弹簧多压缩0.5 mm，动环与静环接触紧力增大，动环与静环运行中出现摩擦发热，加之该泵振动很大，引起动环和静环严重磨损和静环破损，从而发生泄漏。同时，泵转子向非驱动端多窜动0.5 mm，也造成驱动端机械密封动静环接触紧力减小，使得驱动端机械密封漏水量相应增大。

3.2 6号机电泵组故障原因分析

a）轴瓦防转定位销未装。经拆卸检查6号机电泵前置泵驱动端轴瓦油室进油管及进油节流孔板，查得轴承室进油口处节流孔板清洁，节流孔通畅，进油管内清洁无杂物，于是检查了该泵驱动端轴承装置，查得轴瓦防转定位销未装，轴瓦周向位置发生变化，偏离正确位置过大，导致轴承室下方润滑油进油孔与下轴瓦的润滑油进油孔完全错开，使得辅助润滑油泵和润滑油泵泵出的润滑油无法进入轴瓦内，以致轴承室出油管无润滑油排出。检查还发现轴承室出油管口处有大量胶质状油垢聚集，基本将出油管口堵塞，造成轴承油室出油管口处只有极微小量的排油能力。这就是人工加入的润滑油不会立即全部排掉，而是缓慢排走，轴承室油位缓慢下降的原因。

b）易熔塞质量差，工作油量减少。针对6号机电泵组的液力偶合器工作油运行温度过高，检查液力偶合器，查得泵轮轴的推力轴承无异常，推力间隙0.36 mm，泵涡轮轴的推力轴承无异常，推力间隙0.38 mm，均属合格范围（合格范围0.354～0.568 mm）；查得排油腔与涡轮配合间隙3.5 mm，供油腔与涡轮套配合间隙3.1 mm，泵轮与涡轮轴向间隙1.8 mm，均属合格；查得液力偶合器工作油系统所有密封件均完好无损，勺管在套管内行程120 mm，行程正常，勺管全行程无运行卡涩，泵轮与涡轮的工作腔进油控制阀无异常，能确保提供正常工作油量；查得工作油冷却器冷却管无结垢现象，工作油冷却器冷却水为闭式水（采用的是除盐水），品质合格，冷却水进水温度及流量均正常；查得液力偶合器运行中工作油冷油器进油温度110℃，出油温度62℃，均过高超标，但查得2个易熔塞的焊料均有小部分熔化，漏油孔均开通了10%左右，工作腔内工作油可从此处泄漏。综上检查情况分析得知，设计要求易熔塞160℃熔化，实际上6号机电泵组液力偶合器工作油的运行温度最高110℃并未达到易熔塞熔化温度，显然是易熔塞质量差，提前出现部分熔化，导致2个易熔塞开通了一部分，使得泵轮与涡轮工作腔内部分工作油从易熔塞部分熔化处泄漏排出回到油箱，以致旋转腔内工作油量相应偏少，引起工作油温快速升高，导致工作油温过高超标，同时工作油量因泄漏减少，也是液力偶合器无法使给水泵带60%以上负荷运行的原因，以致无法维持液力偶合器正常运行。

c）电泵组电机出现三相不平衡现象。由于电泵组电机出现三相不平衡故障，定子、转子产生一交变磁场，使电机出现过大的轴电流。电机的电泵前置泵侧轴瓦和液力偶合器侧轴瓦均与各自轴承座之间及轴承上盖之间装有绝缘膜片，各轴承座与其进、出油管连接处做了绝缘处理，电机转轴、轴承座和基础没有构成闭合回路。液力偶合器、给水泵、前置泵均无避免轴电流损害的绝缘处理，电泵组电机出现三相不平衡故障时，电机转轴通过联轴器、液力偶合器、给水泵、前置泵和这些设备形成几个闭合回路，这些闭合回路处在交变磁场中，产生了较大轴电流，使液力偶合器内的各齿轮运行中在啮合及分离瞬间产生电弧放电，齿表面遭到电击损伤，齿面硬度降低，造成齿轮快速磨损。之所以电泵组的液力偶合器内增速齿轮完好，而主油泵的传动主、从动斜齿轮严重磨损损坏，是因为主、从动斜齿轮很薄（厚度均为20 mm），轮齿高度6 mm，润滑油喷射到两齿轮啮合部位，大部分润滑油很快流失，润滑油积存量很少，两齿轮啮合部位油膜很薄，容易产生电弧，引起电击损伤齿表面，导致齿面硬度降低，齿轮迅速磨损损坏。而液力偶合器内增速齿轮表面无电击损伤，是因为增速齿轮很厚，轮齿很宽也很高，润滑油喷射到齿轮啮合部位，能积存很多润滑油，两啮合轮齿间油膜很厚，不易产生电弧。

4 预防措施及对策

a）分别更换了5号机电泵前置泵驱动端机械密封和非驱动端机械密封的动、静环和各密封圈。

b）在5号机电泵前置泵推力盘前加装2.8 mm的调整垫圈，将泵转子工作窜动量调整至4.8 mm，泵转子轴向定位向驱动端调整了2.8 mm，这样不仅叶轮出口完全对准了泵体出口，还解决了泵侧靠背轮与电机侧靠背轮间距尺寸比联轴器中间短节长度加2块膜片厚度的总尺寸大了3 mm的问题。调整后总尺寸仅大了0.2 mm，符合不大于0.5 mm的标准要求，且联轴器中间短节及2块膜片均能装入泵侧靠背轮与电机侧靠背轮之间。

c）更换5号机电泵前置泵全部推力瓦块，查得推力盘与新推力瓦乌金接触均匀，各推力瓦接触面达到了80%以上。装复推力轴承后测得推力间隙为0.35 mm，达到了合格标准范围。

d）更换5号机电泵前置泵泵侧靠背轮，使泵轴与靠背轮配合紧力为0.03 mm，解决了泵侧靠背轮与泵轴配合很松动的问题。

e）调整5号机电泵前置泵靠背轮与电机靠背轮的中心尺寸至合格范围，调整后中心最大偏差0.01 mm，最大张口0.01 mm，达到了合格要求（标准值的要求是中心最大偏差小于0.05 mm，最大张口小于0.05 mm）。

f）清洗干净6号机电泵前置泵驱动端轴承室及出油管口处大量胶质状油垢，安装轴瓦防转销，防止轴瓦安装位置发生变化，按检修质量标准装复驱动端轴承装置，使轴承座下方进油孔与下轴瓦润滑油进油孔完全对准，以确保驱动端轴瓦润滑油进油畅通，进油量正常，防止缺油。

g）更换6号机电泵组液力偶合器的易熔塞，换上质量合格的易熔塞，新易熔塞设计熔化温度160℃，符合技术要求。

h）更换6号机电泵组液力偶合器内油泵的主、从动传动斜齿轮，新主动传动斜齿轮硬度HRC60，新从动传动斜齿轮硬度HRC55，符合技术要求。

i）考虑到电机正常情况下轴电流极小，不会产生任何危害，消除6号机电泵组电机三相不平衡故障，可使6号机电泵组轴电流降低到非常微小，不会对液力偶合器内各齿轮造成损伤，故此次电气专业有针对性地着重消除了6号机电泵组电机三相不平衡故障。

j）6号机电泵组电泵前置泵靠背轮与电机靠背轮之间不再安装原中间短节，改装有绝缘的中间短节，使电机转轴通过联轴器、液力偶合器、给水泵、前置泵和这些设备基础不能形成几个闭合回路，以防止再次发生液力偶合器内主油泵的传动主、从动斜齿轮被电击损坏。

5 对策实施后取得的效果

a）实施对策后，5号机电泵前置泵投入运行半年来一切正常，该泵运行中振动正常，最大振幅为0.025 mm，推力轴承运行温度始终维持在34℃左右，驱动端机械密封和非驱动端机械密封未发生漏水现象，确保了5号机电泵组和5号机组的安全经济运行。

b）实施对策后，6号机电泵组润滑油系统投入试运行，查得电泵前置泵驱动端轴瓦油室油位正常，通过查看驱动端轴瓦油室出油管的观察窗，查得有润滑油流出，且油量正常，显然，润滑油泵泵出的润滑油进入了驱动端轴瓦和轴承油室内；查得电泵组试运行、备用及历次运行时，该泵驱动端轴瓦和轴承油室始终有润滑油进、出，进、出油量正常，且驱动端轴承油室油位始终保持正常；历次电泵组投入运行，电泵前置泵驱动端轴瓦最高运行温度为32℃，属于合格范围，不再需要人工加油，减少了人工维护工作量。

c）实施对策后，6号机电泵组历次投入运行，查得液力偶合器工作油量正常，工作油最高运行温度维持在78℃左右，达到了正常值范围（60～100℃）；查得2个易熔塞完好，工作油冷油器进口油温78℃左右，达到了正常值范围（60～100℃）；出油温度38℃左右，达到了正常值范围（35～70℃）；液力偶合器能使给水泵带至100%负荷运行。

d）实施对策后，6号机电泵组液力偶合器经多次随电泵组投入运行后，跟踪查得油泵的主、从动驱动斜齿轮完好无损。