1、300 MW 机组凝结水泵推力轴承损坏分析研究辛玲玲 1, 吴 钢 2(11 浙江省电力设计院 , 浙江 杭州 310007; 21 浙江省电力试验研究所 , 浙江 杭州 310014)关键词 : 300 MW ; 凝结水泵 ; 推力轴承摘 要 : 以温州电厂二期工程 2 300MW 机组为例 , 对凝结水泵在调试期间发生的推力轴承损坏问题 , 进行了详细的原因分析 , 并提出了具体的建议和改进措施。中图分类号 : T K26411+ 2 文献标识码 : B 文章编号 : 100129529 (2002) 03200332031 凝结水泵技术参数温州发电厂二期工程 2 300 MW 机组各配有
2、 2 台由上海凯士比泵业有限公司生产的NL T 3502400 6 型凝结水泵 , 容量为 100% , 2 台泵运行中互为备用 , 具体参数见表 1。表 1 KSB 凝结水泵技术参数使用工况 正常运行点(保证效率点 ) 最大运行点(BM CR 111)进水温度 80 80进水压力 M Pa 0103139 0103139流量 m 3 h- 1 738 910扬程 m 328 300轴功率 kW 820 920效率 % 80 8014汽蚀余量 m 219 3122转速 r m in- 1 1 480 1 480出水总压力 M Pa 3122 2194进口 出口公称直径 mm D n600 D
3、n350 D n600 D n350进口 出口公称压力 M Pa P n0. 6 Pn4. 0 P n0. 6 P n4. 0旋转方向 逆时针 (从电机往泵看 )2 凝结水泵推力轴承损坏分析研究211 推力轴承损坏现象(1) 2000 年 10 月 15 日首次启动凝泵 B , 12:30 点动凝泵 B , 启动电流正常 , 泵转向正确。 12:35 启动凝泵 B , 约 1 m in 后泵推力轴承温度逐渐上升至 70 , 在 70 附近短暂稳定后 , 随即飚升 , 引起轴承温度高保护跳泵 , 并有油从油箱冒气孔处甩出 , 对该轴承进行解体检查 , 发现推力轴承块已损坏。(2) 2001 年
4、1 月 15 日 13: 57 凝泵 B 运行时出口母管压力低引起投入备用的凝泵 A 自启动 ,14: 03 凝泵 A 因轴承温度高而跳泵 , 对泵进行解体检查 , 发现推力轴承乌金已全部磨掉 , 颜色发黑 , 径向轴瓦也磨坏 , 且下侧 (近推力轴承侧 )磨损严重 , 推力头也磨出槽纹。212 原因分析从凝结水泵的结构特性分析 , 导致推力轴承损坏的可能原因有 : 推力轴承冷却水流量不够 ; 推力轴承润滑油冷却器损坏或漏水 ; 推力轴承润滑油油位过低 ; 推力轴承润滑油型号不对或油中带水 ; 推力轴承块尺寸超差或推力轴承安装位置与厂家要求值偏差过大 ; 运行泵流量过小 ; 汽蚀。针对上述可能
5、的原因 , 我们逐条进行了核实和全面、仔细检查 , 并逐条进行了分析。(1) 通过检查提供冷却水的电厂闭式冷却水系统的压力和流量均符合厂家提供的要求值 ;( 2) 由于在泵运行时有油从油箱冒气孔甩出 , 油位计上示出油位较低 , 仅有 57 mm , 该油位仅淹没下部的冷却水管 , 上部冷却水管基本无冷却作用 , 我们复对凝泵油位设计值为 50 74mm , 并发现在原来引进英国米歇尔轴承公司产品时 , 原产品仅有单根冷却水管 , 即下方一根 , 由于考虑在达到最高油位时 , 单根冷却水管上方有空间 , 故技术转化时增加了冷却水管数量 , 延续至今未做修改 , 可知该油位能保证凝泵正常运行 ;
6、( 3) 对于凝泵的安装数据进行了重新复测 ,现场安装调水平度以靠背轮为准 , 根据弹性套柱销联轴器设计标准 (GB 4323284) : 该型号凝结水泵靠背轮许用径向补偿量 $Y = 015 mm , 许用角向补偿量 $a= 0 30 , 由此可知 , 安装调整的靠背轮数据值在允许补偿量以内 ;(4) 在凝结水泵轴承解体后未发现在油箱中332002 年第 3 期 华东电力 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.有水 , 另外检查泵中的润滑油也未发现有油乳化现 象 ;( 5) 为了保证凝泵在
7、最小流量以上运行 , 凝结水管路设计有凝结水最小流量再循环管路 , 配置的最小流量再循环阀在凝泵出口流量小于 280t h 时迅速快开 , 通过超声波流量仪就地实测管路流量 , 确认管路流量在凝泵最小流量以上运行。排除了以上可能的原因 , 且在第 2 次凝泵跳泵前发生出口压力大幅度晃动的情况下 , 我们推断 , 正是由于凝结水泵的汽蚀造成推力轴承损坏。213 泵的汽蚀引起推力轴承损坏的机理凝泵是筒型立式离心泵 , 离心泵在运行时会发生轴向推力 , 产生轴向推力的原因有 3 个方面 :( 1) 叶轮两侧盖板的大小不同 , 叶轮在壳体内其盖板两侧泵腔中的压力分布也不相同 , 因此而产生指向叶轮进口
8、的轴向推力 , 用 F 1 表示 ;( 2) 流体进入叶轮进口到流出叶轮出口 , 其方向从轴向转为径向 , 这种方向变化导致动量变化 , 从而产生沿轴向的冲力 , 用 F 2 表示 , F 2 的方向与 F 1 相反 ;(3) 叶轮连同转轴一起整个转子本身的重量也沿着轴向 , 所以也是轴向推力的一部分。设第 3 种轴向推力 F 3 为转子重量减去其浮力后的推力 , 对于凝泵来说 , 其总的轴向推力为 :F = F 1- F 2+ F 3必须指出 , 轴向推力 F 1 起主要作用 , 因此 , 我们主要从 F 1 着手分析 , 根据轴向推力的计算公式 : F 1= PQg (R 2i - r2h
9、) H p - u228g 1- (R 2i - r2h) 2R 22 式中 H p叶轮出口和进口间的静扬程 ,m ;R i叶轮密封口环半径 ,m ;rh轮毂半径 ,m ;Q流体的密度 , kg m 3。在考虑密封口环处的泄漏量时 , 情况较为复杂。因此 , 可用下式进行粗略的计算 :F 1= (P 2- P 1) (D 2i - D 2h) P 4式中 P 2叶轮出口压强 ,N m 2;P 1叶轮进口压强 ,N m 2;D i叶轮密封口环直径 ,m ;D h轮毂直径 ,m。在凝泵汽蚀时 , 造成凝泵出口压力大幅波动 ,设 P 2 为时间的随机函数 P 2 (t) , 则 F 1 (t) =
10、P 2 t-P 1 (D 2i - D 2h ) P 4, 由上式可知 , P 2 的大幅变化 ,导致轴向推力 F 1 的变化 , 交变的轴向推力将破坏推力轴承油膜的稳定形成 , 推力轴承油膜的破坏 ,造成推力轴承烧毁 , 从而引起径向瓦损坏。214 凝结水泵产生汽蚀的原因分析泵内产生汽蚀的原因归根结底是吸入压力过低 , 而导致吸入压力过低的原因主要有以下几点 :(1) 泵的安装高度过高 , 或者灌注头过低 , 超过允许值 ;(2) 泵的工况点偏离额定流量太远 ;(3) 泵吸入管路上的局部阻力过大 ;(4) 泵抽送液体的温度超过规定 ;(5) 闭式系统中的系统压力下降。215 流动阻力值计算根
11、据厂家提供的必需汽蚀余量 , 并考虑凝结水泵吸入管路中的流动损失 (主要包括直管、三通、补偿器、弯头、闸阀 , 但未包括泵进口滤网 ) , 分别计算凝泵在小流量 (350 t h )、额定负荷流量( 738 t h)、最大出力流量 (910 t h) 下的流动阻力 , 以最大出力流量为例 , 介绍计算的流动阻力值 :(1) 原始数据 : 管子的内径 D n = 616 mm , 管子总展开长度 (包括附件长度 )L = 30 m , 管道始端介质的静压力 P 1= 51285 973 kPa, 管道末端与始端的高差 $h = - 1160 m , 管子的等值粗糙度K d = 013 m , 管
12、道始端介质的比容 v 1 = 01001006m 3 kg, 管内介质的质量流量 G = 910 t h, 管道总局部阻力系数 Ej= 519。(2) 当前管内介质的质量流速 :m b = 01354 G 1 000 000 D n2 = 8481952184 (kg m 2 s)管道始端介质的动压力 :P d1= m b2 v 1 2 g c 10 000= 01362 368 65kPa管道磨擦系数 :K= 1 1. 14 + 2 lg (616 0. 30) 2 = 01016585管道总阻力系数 :Et= K L 1 000 D n+ Ej = 61707 731管道末端介质的静压力
13、:P 2= P 1- P d 1 Et- $h g (g c v 1 10 000)- d p = 181452 655 06 kPa管道末端介质的动压力 : P d 2= P d 1=01362 368 65 kPa43 华东电力 2002 年第 3 期 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.管道末端介质的比容 : v 2 = v 1 = 01001 006m 3 kg( 3) 流动阻力 : (式中 D s 代表管道终点到起点水柱静压差 )P 1- P 2- D s= 21430 959
14、16 kPa( 4) 以上计算的流阻为最大出力流量的流阻 , 在凝泵额定流量 (738 t h)和小流量 (350 t h)下的流阻分别为 11598 835 21 kPa 和 01359 62269 kPa, 加上 10% 的裕量 , 最大流动阻力不超过40 kPa。根据泵的有效汽蚀余量公式 : N PSH a= (P e Qg ) + H 1- hw - (P v Qg ) , 由于凝泵处于倒灌高度下 , 且吸入液面上的压强为汽化压强 , 此时的N PSH a= H 1- hw式中 : H 1 凝汽器水位与泵首级叶轮进口中心线之间的高差 ;P e吸入面上的压强 ;P v汽化压强 ;hw 吸
15、入液面到泵进口处吸入管路中的流动损失。温州电厂的凝汽器热井正常零水位至凝泵首级叶轮中心线的高差为 5168 m , 凝汽器热井低低水位至凝泵首级叶轮中心线的高差为 51168 m ,在额定工况下 , 在凝泵进口滤网的差压达到 20kPa 时 N PSH a= 3138, 大于凝泵额定流量下的必需汽蚀余量 (219 m ) , 但是在凝汽器热井低低水位时有效汽蚀余量为 21868 m , 与凝泵的必需汽蚀余量非常接近 , 容易引起泵汽蚀 , 与其它电厂的凝泵比较见表 2。在机组正常运行情况下 , 考虑凝泵进口滤网差压较小或几乎为零 , 各个电厂的凝泵 N PSH a-N PSH r 的余量大致相
16、同 , 在这样的情况下工作的凝泵汽蚀的可能性很小 , 但是在机组启动初期 , 凝结水由于受管路及疏水的影响 , 水质较差 , 极易引起凝泵进口滤网的变脏 , 可见 , 正是由于凝泵进口滤网的差压过大导致凝泵的汽蚀。表 2 不同电厂凝泵比较 m 电 厂 嘉 兴 台 州 温 州凝汽器热井低水位 约 201512 211284 201512泵入口标高 - 210 - 410 - 212泵必需汽蚀余量 N PSH r (额定工况 ) 312 315 219泵进口与泵首级叶轮进口高差 3148 3155 31483 事故防范措施现代火电厂 300 MW 机组凝结水泵的选型、设计及布置 , 已属于成熟、合
17、理及经济的设计 , 考虑到凝泵在机组生产运行期间进口无需滤网 , 因而在考虑凝泵有效汽蚀余量时不会有太大的余量 , 以便减小基建的投资 ; 而在机组基建调试期间 , 由于水质的原因将加装临时滤网 , 滤网本身的水阻和水中垃圾的沉积将使有限的汽蚀余量变得不足 , 为防止同类事故的发生 , 我们制定了以下事故防范措施 :( 1) 首先 , 在选用凝泵进口滤网的目数时不能太细 , 但同时又不能让大的杂质颗粒进入泵体损坏叶轮 , 考虑选用 40 目的滤网 ;(2) 将原设计的凝泵进口滤网差压开关改为差压变送器 , 信号送至集控室 , 以便实时监测滤网差压 , 一旦发现运行泵进口滤网差压大于 10 kP
18、a以上即切换泵 , 及时清洗滤网 ;( 3) 由于凝泵是立式离心泵 , 凝泵自重对推力轴承油膜的形成也会存在影响 , 因此 , 除了根据凝泵厂家建议备用泵 30 天轮换运行 1 次外 , 建议每次备用泵启动前 , 首先点动凝泵 , 以保证润滑油的充分润滑接触 , 防止由于长期未运行造成推力轴承油膜的破坏。在进行上述防范后 , 3 号机组运行及 4 号机组凝泵调试期间 , 均未再发生同类问题 , 较好地确保了机组的稳定运行。收稿日期 : 2001211201华东三省电力公司 2001 年实现利润大幅增长江苏省电力公司 2001 年全省全社会用电量首次突破 1 000 亿 kW h, 累计完成电量
19、 1 078144 亿 kW h, 售电量完成 852124 亿 kW h, 实现利润 816 亿元 , 全面完成国家电力公司下达的利润和资产经营指标。浙江省电力公司直接经营企业完成售电量 64415 亿 kW h, 销售收入 270 亿元 , 实现利润 618 亿元 , 全省用电量 82013 亿 kW h, 当年电费回收率达到 99199%。安徽省电力公司全年完成售电量 329148 亿 kW h, 销售收入 11119 亿元 , 首次超过百亿元大关 , 利润总额 2151 亿元。 本刊编辑部 532002 年第 3 期 华东电力 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
