发电厂锅炉电动给水泵故障分析及优化

朱佳俊

摘要：锅炉汽水系统是燃煤发电厂重要的组成部分，汽水系统是否能安全稳定运行直接关系到发电机组能否安全运行正常发电。而给水泵作为汽水系统中的重要设备，由于其内部结构及其辅助设备较其他水泵更为复杂，一旦发生事故，将直接影响汽水系统的正常运行。且给水泵组故障的维修周期一般较长、设备停运影响较大、损失较为严重，其运行和维修成本都相对较高，因此对于给水泵常见故障的分析有益于维持发电厂的正常运转，降低电厂的厂用电量，进而降低运营成本。

关键词：发电厂锅炉;电动给水泵;故障分析;优化

1给水泵的驱动方式

1.1电动给水泵

电动机驱动根据速度是否可以调节分为定速和调速两种。定速泵是电动机直接带动给水泵运转，利用节流阀的开度调节改变流量大小，随着转速的升高节流损失增加，但易于操作和日常维护，适用于转速比较低的小容量泵。调速泵是增加液力耦合器，通过流体传递转矩，从而调节转速，控制泵的流量，节流损失小，对负载的适应性更好。由于涡轮与泵轮之间有间隙，无磨损，并起到减震的作用，可以实现无极调速。但是构造较复杂，维修量大，适用于大容量。

1.2汽动给水泵

汽轮机驱动给水泵分为主汽轮机驱动和小汽轮机驱动。主汽轮机驱动是把主汽轮机与给水泵直接相连，或中间安装液力耦合器，或在此基础上再增加增速箱三种方式。小汽轮机驱动是利用烟气中剩余的热量，提高热量的利用率，从而满足机组容量的不断增长，且更加节能。但是由于是二次利用，所以小汽轮机的效率相较主汽轮机低，做功也较少。

2发电厂锅炉电动给水泵故障分析及优化

2.1给水泵泵轴断裂

失效原因分析：（1）给水泵泵轴断裂发生在叶轮附近的键槽处，常见的诱发断裂的原因有：结构设计不合理，导致应力集中，超出危险面的承受极限、键槽处配合偏差过大，且装配时操作失误，导致变形产生应力或者薄弱边缘、加工工艺不当，为消除存在零件内部的残余应力。（2）键槽底部未加工圆角过渡，直角处截面面积发生突变，导致应力集中;分析零件内部材料组织结构，选用材料或者制造工艺不当，导致内部非金属材料超过标准，使加工成品脆性过大，对给水泵的使用性能有极大的危害。解决方法：（1）加强成品检查标准，改善加工工艺，并严格规定原材料标准验收。泵轴是给水泵的主要传动零件，泵轴的优劣决定了整个系统的稳定性与使用寿命。合理的加工工艺，可以有效减少应力集中现象和光洁的表面。优良的原材料及后处理工艺，可以明显改善零件内部的金相组织和金属晶粒，减少非金属杂质，增强泵轴的韧性。（2）工作过程中，应尽量保证泵轴运行平稳可靠，减少不必要的应力变化，避免应力的影响。（3）制定并严格执行泵轴及其它零件的定期检查，定期对泵轴进行故障检测和保养。（4）加强工人的培养，严格要求装配工艺，保证给水泵的装配可靠，避免因装配导致失效。

2.2给水泵芯包磨损

失效原因分析：当给水泵在一稳定状态下运行时，突然改变其流量。此时，使给水泵抽水流量激增。根据伯努利方程，流量的增大，导致压损变大，给水泵入口压力也随之降低，给水泵入口和出口的压力差值增大。此时，若压力继续降低到达气体临界溶解度，气体会从水中析出，此时会产生汽蚀现象。由于气体的可压缩性远远高于液体，此时，整个系统内会产生极大的压力波动和流量冲击。不仅会使系统产生异响，还使给水泵内部受力分布难以稳定。在交变应力的影响下，泵内部的间隙配合很容易发生改变，间隙变小使芯包和壳体之间接触，进而产生摩擦。因此，芯包的磨损可能使由于汽蚀造成的。解决方法：汽蚀是给水泵运行过程中的常见问题，汽蚀的发生，将使泵的扬程和流量降低，泵运行效率下降，同时会伴有剧烈振动和明显噪声，并将致使泵叶轮发生疲劳损坏和金属表面剥蚀，若汽蚀现象严重，还将致使水泵发生较为严重的动静部分摩擦，进一步引发芯包的严重磨损和抱死的等事故。所以在给水泵运行中，如果出现流量急剧增大，同时伴有压力及流量波动异常，应该立刻减小泵的出水口阀门开度，减小进出口压差。

2.3给水泵油封烧损

失效原因分析：（1）油封定位不合适，油封结构如下图所示。由图可知，顶丝将油封和泵轴进行连接。将油封拆卸后发现，推力瓦没有起到原有的作用，整个结构靠油封定位。因此运行时，油封和压盖在轴向力的作用下配合间隙减小，产生动摩擦，造成烧损。（2）油封压盖与油封之间径向间隙过小。由于制造上的失误，导致油封和油封压盖之间间隙过小，在这种情况下极易产生动静摩擦。（3）配件制造工艺有误，油封配合如下图所示。由图可知，由于设计或者制造上的失误，导致泵轴油封内孔之间形成过盈配合，油封和轴抱死。由于油封大多数由铜制造，装配后油封发生变形，导致烧损。改进方法：（1）改善装配工艺，防止油封与压盖之间发生接触。装配完成后，预先进行测试，保证油封和端盖之间的配合间隙达到标准。（2）更改最初设计图纸，使油封内孔和泵轴之间的配合改为间隙配合，不仅能有效解决问题，还方便工人安装，同时还避免泵轴和油封内孔产生动摩擦。（3）对间隙不达标的油封和油封端盖进行返工，通过打表法调整其配合间隙的大小。

2.4给水泵平衡盘开裂

失效原因分析：平衡盘制造流程，多为多层合金焊接制造。制造工艺不当，极容易因焊接不当导致热裂纹生成，失效形式如下图所示。主要是因为平衡盘的液化温度低于焊缝固化温度，此时，焊缝成型，但内部金属还呈不稳定状态，金属液可能流入下一层焊缝中去，导致内部应力分布不均匀。同时，制造过程中会多次焊接，若工艺处理不当，极容易破坏之前的焊缝。内部应力分布不均匀极容易产生应力集中。当应力集中过大，且超过材料承受极限时，材料内部的晶界就会发生开裂，形成失塑和裂纹。改进方法：优化焊接工艺，对预热温度、層间温度还有焊接时间进行严格规定，以及焊接前的预处理和热处理均需进行规范。

2.5给水泵汽轮机调节汽阀阀杆断裂

失效原因分析：下图为阀杆断裂的外部图，对其断口和阀杆表面进行观察，初步判断其失效原因是由于加工工艺不当导致加工表面没有达到要求，阀杆达不到正常工作要求。为进一步验证，需对阀杆内部的金相组织和断裂区域的微观结构进行观察。由断裂处的微观结构可知，上述猜想基本正确。由于表面粗糙度过大，且过渡处的结构设计不合理产生应力集中。在长期工作运行过程中，在应力集中的影响下产生断裂。改进方法：（1）针对结构进行改进，改善应力集中处，使截面突变处过渡平缓、圆滑，避免应力集中的影响。（2）改进加工工艺，加强验收标准。加工后对零件表面进行打磨处理，增加阀杆表面光洁度，保证阀杆平面的表面粗糙度，避免毛刺、飞边对整个阀杆内部应力分布产生影响。

3结束语

目前运营成本较高是制约发电厂发展的一个主要因素，通过分析发电厂的成本结构发现维修费用是其中一个比较主要的部分，因此对于发电厂特别是传统的火力发电厂常见故障的分析可以降低检修成本，提高经济效益。由于多数火电厂建造时间较早、锅炉等设备使用时间较长、管理维护存在漏洞，并存在不同程度的安全隐患，因此通过对火电厂的设备进行故障分析可以提高设备的使用性能和安全性能。文章针对给水泵泵轴断裂、给水泵芯包磨损、给水泵汽轮机调节汽阀阀杆断裂、给水泵油封烧损、给水泵平衡盘开裂、给水泵叶片断裂的故障原因进行分析，并提出解决方案。

参考文献：

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[2]孙国强.给水泵汽轮机油系统故障原因分析及改进措施[J].华电技术，2018，40（11）：45-47+51+79.

[3]万涛，罗伟雄.中压锅炉给水泵机械密封失效分析[J].石油化工设备技术，2020，41（01）：61-66+9.

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