SQ300—670型汽泵前置泵缺陷原因分析及治理

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摘要：通过对sq300-670型汽动给水泵前置泵结构进行研究，对低流量串轴、能耗大原因进行分析，找出引起水泵稳定性和经济性差的主要原因，提出解决的方法和措施，并予以实施。

关键词：稳定性 比转数 扬程 轴承温度 机械密封 注水

1 概述

某发电厂5-8号机组为600MW亚临界空冷机组。其给水系统每台机配置2台上海KSB泵业有限公司生产的50%容量SQ300-670型前置泵。主要设计参数如下：型号为SQ300-670，设计流量Q=1177m3/h，设计扬程H=147m，转速n=1490r/min，设计效率η=83.5%。配用上海电机厂生产的630KW电动机。

2 存在的问题

笔者09年3月接手#5-#8机维护以来，在工作中发现这八台汽前泵均存在着低流量时转子抖动串轴，多次造成机械密封、非驱动端推力轴承损坏和机械密封冷却腔室密封垫泄漏及泵体接合面泄漏，严重时出现“啃轴”，正常运行时非驱动端轴承温度经常高达65-70℃，经常需要在轴承室外部接冷却水管进行外部冷却。这一切给我们的维护工作带来了极大地困扰。通过一年多的维护经验总结，汽前泵存在下列主要问题：

2.1 运行稳定性差。低流量运行中振动较大且存在明显串轴，且在起机时表现尤为明显。此外还存在噪音大，推力轴承温度高、损坏快以及机械密封损坏等问题，严重时出现叶轮锁母松动退扣，叶轮“啃轴”事故。

2.2 冷却腔及泵体密封垫易泄漏，泄漏后只能带压堵漏（由于位置不好带压堵漏效果不佳）或坚持到停泵处理，维修困难。

2.3 汽前泵冷态启动注水时靠运行人员手动开汽前泵入口电动门注水，在注水过程中曾经出现过机封炸裂。

2.4 泵效率低，耗电大，最高运行效率只有77.67%，较设计值低得太多，密封间隙大，高达2mm以上，有较大节能潜力。

3 汽前泵稳定性差及经济性差原因分析

3.1 稳定性差的原因分析。SQ300-670型泵采用双吸叶轮，其设计比转数为51.7，属于低比转数泵。众所周知低比转速泵的特点为低流量高扬程，且扬程曲线会出现驼峰，在低流量运行时会出现不稳定工况。这种泵在叶轮的外形设计上吸入口小、叶轮直径大、重量大。低流量运行时，泵内流动要发生旋转失速、流动颤抖和压力脉动，轴向力明显波动增大，无法平衡，造成转子抖动串轴，加上泵壳为单蜗式，低流量时产生较大的径向力，经计算50%额定流量时径向力高达756.5Kg，使转子绕度大大增加，引起密封环快速磨损和轴的疲劳损坏。此外叶轮流道制造工艺欠佳，两侧盖板对称性差，加剧破坏了转子的稳定性，从而造成了轴承温度高，转子抖动串轴，逐步发展到锁母退扣松动，出现叶轮“啃轴”等问题。

近年来机组启动时常常采用汽泵启动而抛弃了电泵启动，这样在起机过程中能够节省大量的厂用电。但是由于锅炉上水时采用了汽前泵上水，此时汽泵出口门全关，通过增压级管路上水。此工况下，通过汽前泵的流量远远小于汽前泵的额定工作流量，且流量的摆动较大。因此造成了汽前泵明显的串轴，给推力轴承和机械密封都造成了极大的负担。在实际运行中就发生过一起由于起机过程中长达十几个小时单汽前泵运行而造成机械密封损坏，且推力轴承锁母松脱，轴承套固定键啃轴的事故。

原制造装配工艺欠妥：叶轮与轴的配合采用滑装，其间隙较大均在0.1mm及以上，由于叶轮直径大，重量大。转子在波动增大的轴向力和径向力的冲击下，叶轮锁母虽有锁紧垫圈，运行不久就松动退扣，出现叶轮“啃轴”、断轴现象。在去年的维护过程中就出现了7A汽前泵3个月内连续更换三次的事件，其原因都是由于泵轴断裂。

汽前泵启动前注水时，无专用注水管道，依靠运行人员手动略开入口电动门来实现注水，由于此门较大（DN450），且为闸板阀，调节性差，因此很难控制注水时的速度。若是注水速度过快，就会造成机械密封处温差大，形成较大的热应力而造成机械炸裂。

冷却腔与泵体密封垫频繁泄漏原因主要是设计不合理所致，最窄密封面只有3-5mm宽，且壳体密封面不是一个完整平面，由于水泵低流量转子串轴抖动对冷却腔的冲击和热变形等原因，造成结合面上的高压石棉垫极易发生泄漏。在漏量较小的时候通常采用监控运行，暂不处理。但是汽水的泄露给文明生产带来了极大的影响。

3.2 经济性差的原因分析。除汽前泵效率低以外，过大的可用汽蚀余量是汽前泵经济性差的根本原因。汽前泵的作用是在给水进入汽泵前提供一定的压力，以保证汽泵不汽蚀，根据安全稳定性分析和国内外前置泵安全经济使用情况分析，按可用汽蚀余量NPSHa=（2.0～2.4）NPSHr的要求选择配置前置泵设计扬程，汽动主给水泵是安全可靠的，而且是经济的。在满负荷（600MW）工况下汽前泵的扬程为138.56m，再加上除氧器对前置泵的倒灌高度为26.5m，扣除叶轮入口流动损失及管道阻力（含主泵前流量表的压损）和汽动主泵标高后，仍有可用倒灌高度10.6m，可用汽蚀余量NPSHa=149.16m，为NPSHr=45m的3.31倍，可见明显高于最佳范围，必须削减扬程。经优化计算前置泵的扬程可减少35-40%（约50m），即改后泵的扬程为90m左右，再加上可用的倒灌高度10.6m，可用汽蚀余量NPSHa=100.6m左右，为汽动主泵的必需汽蚀余量45m的2.24倍，完全可满足汽泵的汽蚀余量要求，这样不但提高了前置泵的安全稳定性，而且经济性明显提高。

4 处理方法探讨

4.1 设备改型。2010年4月，7C检修时，利用小修时间，KSB厂家来人对#7机A、B汽前泵进行了节能改造。其改造的思路主要是削减扬程，提高水泵低负荷稳定性；在保证负荷最大时轴承温度不超标的情况下，调整轴承游隙，具体实施方案内容如下：

4.1.1 采用车削办法，削减扬程将泵改小，减少低流量时轴向力与径向力波动和增大的问题，提高转子的刚度和流动稳定性。

4.1.2 进行泵的通流部分改造，对原叶轮和蜗壳局部关键型线进行优化改进，来提高泵的效率与汽蚀性能。

4.1.3 将叶轮与轴的滑动配合改为过渡配合，增强转子的稳定性。

4.1.4 对冷却腔进行加装两道耐热胶圈的密封改进，解决经常泄漏问题。

4.1.5 调整推力轴承游隙，控制在0.10-0.15之间，并将轴承外圈压死。

4.1.6 高标准严要求进行检修组装。

水泵解体后，采用专利技术对原叶轮局部关键叶形进行改进，提高配套性、稳定性和水泵效率。冷却腔采用加工特殊圈槽安装φ5.7mm和φ3.5mm两道O形耐热胶圈，改进密封方式，提高密封效果。对蜗壳隔舌打磨呈鱼头形，对所有部件进行了仔细清洗，更换了叶轮密封环、支持轴承，保证轴弯曲在0.04以内。叶轮与泵轴改为过渡配合，安装时采用热装，并保证叶轮处于正中位置，清理冷却腔与泵体结合面，消除毛刺、划痕，连接螺栓紧固均匀。中分面密封垫与冷却腔配合部分，采用留余量，涂密封胶紧固中分面螺栓后用刀割加工成型，并修理光滑，保证无短缺且配合严密。机械密封安装后用卡块锁死，并认真调整安装轴承，严格控制推力轴承游隙为0.10～0.15mm，同时保证轴承外圈与轴承盖压死无间隙。改造后汽前泵一次启动成功，运行安全稳定，轴承无异音，改造前机组满负荷汽前泵电机电流分别为49.3A、48.3，改造后电流为33.6A、32.6A，下降了15.7A，大大地降低了厂用电。机组起机及低负荷时串轴均明显减小。非驱动端轴承温度比改前降低了8℃。

4.2 给水系统管路改造。利用停机检修机会，在汽前泵入口门处加装了Φ25的旁路管作为注水管，此门平时关闭，注水时开启，利用入口管道注水。Φ25的管径保证了注水门全开的情况下1.5小时可将给水管道内注水至汽泵处，控制了注水速度。避免了注水过快引发的各种受热不均问题。根本上消除了机械密封炸裂的可能。

此外还在汽前泵的出口管上增加了一路再循环，管道引出至除氧器再循环泵的出口管路。在低负荷时及汽前泵单泵运行而给水泵尚未投运时保证了较大的前置泵流量，避开了泵的扬程曲线的驼峰处，保证了泵的安全运行。

4.3 运行方式的改变。和发电部在起机方式的认识上取得了一致。尽量地避免采用汽泵直接启动起机的运行方式。虽然此方式在节省厂用电上没有优势，但是安全的启动方式带来了设备的安全及长周期的运行。长周期的运行也降低了电泵投运率，节省了厂用电。

5 结论

通过一年多的汽前泵改造治理，汽机维护不但保证了汽前泵的运行安全，提高了设备的运行周期，减少了维护费用及备品备件的消耗费用。且通过#7机汽前泵的成功改型，对其他机组的汽前泵也有了明显的示范意义。

参考文献：

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