摘要：三期汽泵前置泵2012年6、7月份频繁发生故障，直接表现为机械密封泄漏、电机电流大和泵内有异音等异常现象，严重影响了机组的安全稳定运行。本文针对几次故障抢修处理方法和采取的措施进行综述，对发生的原因进行简要分析，为今后前置泵的检修和故障分析处理提供借鉴和指导。
关键词：前置泵；故障；处理；简析
0结构概述
我公司三期两台机组锅炉给水泵前置泵设计安装6台BQ01型单级单吸离心泵，主要技术参数流量652.7m3/h,扬程99m,转速1487rpm,轴功率195KW。
BQ01前置泵泵壳系蜗壳形，联轴器采用挠性叠片和中间节与电机相连，主轴以装于轴承架中的两盘滚动轴承支承，采用稀油外加冷却水套冷却温升，电泵前置泵采用偶合器带压力油强制润滑，自由端安装单列圆柱滚子轴承NU316E，传动端采用双列调心球面滚子轴承22316WC3，叶轮装在悬臂端，采用双键传动扭距。叶轮上开有6个Φ18㎜平衡孔，以平衡轴向推力，叶轮进口前入口盖上焊有十字形导向叶片，使水进入叶轮时不预旋，从而提高扬程，避免主泵汽蚀。
1频发故障现象
1.1机械密封泄漏
2012年5月5号机组进行A级检修，检修前1、2号前置泵运行稳定机械密封无泄漏现象。解体更换某密封生产的集装式机械密封，冷态启动试运状态良好，其中2号前置泵试运2次均正常。
2012年5月29日凌晨5号机A级检修后冲1号小机前置泵运行正常，机械密封无渗漏现象；5月30日5点钟冲2号小机前置泵运行正常，机械密封无渗漏现象。5月30日#5机组正式启动，中午启动1号前置泵正常，一直运行到31日早晨发现机械密封泄漏甩水；6月1日晚上7:30分启动2号前置泵机械密封漏水，维持运行到6月6日停机，关闭机械密封冷却水门，除氧器压力下1、2号前置泵机械密封仍然漏水。
2012年6月7日#5机1、2号前置泵抢修完毕后于14日1号前置泵随机组启动，正常运行。2号前置泵投入运行1小时后出现机械密封漏水情况，进行隔绝抢修，15日凌晨4点起泵，首先不滴水，大约3分钟后听“啪”的一声，机械密封泄漏甩水，继续进行检修。
7月15日巡视发现5号机2号前置泵机械密封处有滴水情况，并发现蜗壳泵体固定螺栓松动，在紧固后发现机械密封漏水变大进行处理，更换机械密封。
1.2泵运行中异音
泵内异音：2012年7月5日6号机1号前置泵运行中产生异音，电流无明显变化，现场检查机械密封运行正常，测量泵壳水平振动0.03㎜，垂直和轴向振动较以前均有不同程度增加，轴承振动均小于0.01㎜正常，初步判断叶轮部位出现问题，立即申请退备进行检查。
轴承异音：BQ01前置泵轴承运行一段时间后经常出现振动加速度增大，高频运行不稳定等异常情况，特别是传动端22316轴承出现故障情况比较多，多次被列为重点监视设备。
前置泵在试运和未带负荷前，泵内流量只能靠给水泵再循环门返回除氧器打循环，在给水泵转速在500rpm以下时无流量显示，只有转速大于500rpm时流量显示50～80t/h之间，泵内汽蚀产生噪音，异常声音随给水泵转速提升逐渐变小，肉眼观察轴窜同时也明显改善，运行趋于稳定。
1.3电机电流波动或增大
检修后启动电流波动：5号机2号前置泵2012年6月14日检修后启动运行人员反映电机电流在15.3-18.5A之间摆动，开始电流大,随着运行时间延长，电流基本趋于正常范围16±0.3A，持续时间大约30min左右。
低负荷电流波动：2012年6月16～19日5号机组当负荷150MW，1、2号前置泵和给水泵同时运行时，单台泵给水流量230～250t/h，电机电流出现波动现象，最小电流14A,最大达到18A，说明动静部件有碰磨现象发生。
运行中电流突然增大：2012年7月22日中午13时30分5号机1号前置泵运行中电流突然增大到20A，并伴随有异常声音，给水流量下降，电泵连锁启动正常，解体检查发现轴上耐磨套位置断裂，叶轮与密封环磨损。
2故障处理过程
2.1机械密封泄漏处理
2012年6月7日对5号机1、2前置泵机械密封解体检查，发现1号泵机械密封静环对止动槽位置出现裂纹；2号泵机械密封静环碎裂多块。1号、2泵出口侧密封环以右上为中心偏磨（传动端观察），中心区域最重大约0.5㎜，更换机械密封，调整转子对泵壳止口同心度≤0.10㎜，机械密封轴套相对压兰间隙均匀，0.60㎜塞尺顺畅。
2012年6月14日启动5号机2号前置泵机械密封甩水严重，立即进行隔绝抢修，解体检查轴套间隙0.5毫米均匀，入口侧密封环间隙1.1～1.5㎜，同样位置磨损，检查转子同心上下0.10㎜，左右0.04㎜，轴晃度0.02㎜；百分表抬轴机械密封轴套位置0.08㎜，轴头最大0.20㎜，新轴承NU316塞尺检查径向间隙0.04～0.05㎜，复查中心合格，左右外圆最大0.085㎜，上下0.04㎜，张口左右0.04㎜，上下张口0.02㎜，保持轴套与静环间隙0.70㎜均匀，转子盘动灵活。
2012年6月15日4点试转5号机2号前置泵，首先不滴水，大约3分钟后听“啪”的一声，机械密封泄漏甩水，继续抢修。密封环间隙：出口侧1.9～0.9㎜，入口侧2.1～1.3㎜，均为上侧磨损，机封静环径向上侧有磨擦痕迹，且脱落一小块。更换轴一件，新轴弯曲度0.01㎜，轴承内圈紧力0.01㎜，外圈与轴承室间隙传动端0.03㎜，非传动端0.02㎜；更换镍硬铸铁密封环一套，新密封环间隙：出口0.6㎜，入口0.7㎜，回装转子与泵壳大端盖止口位置同心度上下0.01㎜，左右0.03㎜，机封静环与轴套间隙四周0.5塞尺均能塞入。试运振动正常，机封无泄漏。
2012年7月15日解体5号机2号前置泵发现密封环上部偏北侧磨损较重，测量时磨损部位较未磨损部位尺寸大1.5mm，磨损量在1mm以上。机械密封静环碎裂，叶轮与轴配合孔处局部尺寸大，整体配合间隙为0.06mm，约占总配合面积的90%以上，叶轮键与键槽侧面之间有0.3mm间隙，叶轮键翘起，并与叶轮键槽顶部接触。本次更换机械密封、叶轮，轴承，更换出入口侧镍硬铸铁密封环。新叶轮孔与轴配合间隙为0.04mm，叶轮键槽处重新配键。键与键槽配合间隙为0.02～0.04mm。重新启动后正常运行至今。
2.2泵运行异音处理
2012年7月5日6号机2号前置泵运行异音，解体发现叶轮两个键中的一个沿轴颈表面剪切断裂，键上半部分碎裂，下半部分基本完整，键与键槽配合间隙增大至1.1mm，键槽左侧（从传动端看）轴颈形成一60×30mm大致等腰三角形凹坑，叶轮锁母已松动，叶轮锁母有冲刷痕迹，叶轮止退垫片止退爪已冲刷消失，叶轮位轴颈自叶轮定位挡肩8.5mm处向轴头侧磨损，磨损后直径67.80mm（标准68mm），入口侧密封环轴向磨损，磨损量3mm，磨损环冲刷严重，磨损环与入口端盖配合面冲刷形成约2mm间隙。更换泵轴一根、入口端盖和磨损环（材质：1Cr18Ni9Ti及密封环一套，回装试运正常。
2.3电机电流大处理
2012年7月22日5号机1号前置泵经解体检查发现，泵轴在机械密封轴套处断裂，该泵轴为型号泵轴，在机械密封轴套位置设计上存在一凸台，上面热镶装一件∮68×∮80×160长的耐磨套。在投产初期曾经出现2次断轴事故，此轴为厂家后加工免费赔偿一件，已经运行一年时间有余，因为5月份A级检修中没有备件且测量未发现缺陷继续使用。
原来设计泵轴凸台既影响泵轴的强度，又容易造成应力集中，鉴于此，该产品已被我公司淘汰。本次更换为机械密封轴套处无台阶形式，同时检查密封口环偏磨问题不突出，出口侧密封环间隙1.0～1.2mm；入口侧密封环间隙1.5～1.7mm，运行1个月时间。
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3简要分析及防范
5、6号机汽泵前置泵6、7月份频繁发生故障，直接表现为机械密封泄漏、电机电流大和泵内有异音等异常现象，严重影响了机组的安全稳定运行，综合各方面因素对造成故障原因简要分析如下：
3.1泵壳更换后流道型线变化
2012年5月5号机组进行A级检修，检修前1、2号前置泵运行稳定机械密封无泄漏现象，过流部件汽剥落损坏严重。更换不锈钢泵壳，过流部件（包括泵壳、叶轮锁母、入口端盖、磨损环和十字导向叶）材质为1Cr18Ni9Ti，出入口密封环材质为1Cr18Ni2，密封环与泵壳和端盖点焊。密封环间隙0.5-0.633㎜。
泵壳更换后流道型线的变化是原因之一，经对新泵壳流道与旧泵壳流道对比检查发现，新泵壳下部流道深度较旧泵壳浅5-15mm，新泵壳流道宽度较旧泵壳流道宽度平均窄4.6mm。经对库房新泵壳检查发现蜗壳流道型线深度方向尺寸较设计图纸尺寸平均小2mm。分析认为泵壳流道尺寸的变化及不规范造成叶轮运转时稳定性差，受到一个持续向上的力，受该力的影响叶轮不能自主的在回转中心运转，当叶轮向上运行时会受到密封环的阻碍，并与之摩擦，启动初期电流波动原因就在于这里。当密封环间隙持续放大，摩擦几率减小，电流趋于稳定。当密封环间隙放大到机械密封轴套与静环内弧面间隙消失时，轴与静环（材质YG6）发生碰磨损坏，机械密封损坏引起泄漏。
3.2低负荷径向力作用
螺旋型泵壳压出室在设计流量下工作时,压出室叶轮周围液体的速度和压力是均匀分布、轴对称的。所以液体对叶轮的作用力的合理为零。当泵工作流量小于设计流量时（低负荷），压出室内液体运动速度减慢，同时压出室里液体压力分布不均匀，使液体从叶轮流出也不均匀。因此叶轮周围液体流出时产生的动量的反作用力也不均匀，作用在叶轮上的力的矢量和也不均匀。
根据前置泵几次检查情况发现密封环磨损部位均为北上部位，与理论分析正好一致；运行中低负荷电流波动也正式径向力作用结果；泵在运行中，叶轮受到径向力作用使轴产生交变应力，并造成定方向挠度，在脆弱部位发生断裂，因此我们在运行方式中应注意以下几点：
（1）尽量减少低负荷时间，必要时单台泵运行；
（2）检修后启动尽快冲小机，让给水泵带负荷，提高前置泵流量，减少低流量运行时间；
（3）机组启动通常电泵运行带负荷，2台汽动给水泵冲到3000rpm备用，况且硫化床锅炉启动时间长，汽泵前置泵陪转24-48小时，不利于前置泵安全运行，出现故障也基本上在此时段，应尽量调整运行方式，错开或减少陪转时间。
3.3恶劣汽蚀工况影响
三期机组除氧器安装在12米，前置泵与二期机组相比介质相同温度下入口压力低0.1MPa以上,运行中泵内汽蚀严重，通过原来镍硬铸铁密封环和铸钢泵壳的冲刷情况可以充分证明着一点。运行一年多的时间泵壳出口侧平面已经冲蚀掉3～5㎜不等，镍硬铸铁密封环连续运行3个月冲刷严重就必须更换，再有入口端盖与磨损环配合面冲刷。
恶劣的汽蚀工况也是引起设备运行不稳定的诱因，除氧器下水口过于集中，三台泵同时运行出现抢水现象，泵组出现剧烈振动，这是不容忽视的现实情况。三期机组通过几次检查发现，同样运行时间，2号前置泵管路系统设计和配置更加不合理，汽蚀情况更加严重，损坏愈加频繁，损坏程度更重。
机组已经安装完毕，上面因素虽然影响到泵叶轮稳定运行，但这些问题目前难以改变，还需从泵上下功夫解决，如更换过流部件材质，以提高和延长使用周期。从目前情况来看，将过流部件更换为1Cr18Ni9Ti后，入口端盖、磨损环和泵壳没有冲刷痕迹。
3.4机械密封设计间隙小
造成机械密封静环碎裂原因是与轴套发生偏磨，局部过热所致。部分摩擦副的摩擦痕迹距离静环和内孔距离大约在1.2㎜，而另外摩擦副痕迹几乎与静换环内孔重合，可以清晰说明在出现裂纹时泵轴与密封腔同轴度不好，轴存在摆振现象。
目前轴在低负荷下的摆振现象确实存在,可轴系上的薄弱环节难以控制,应优化设计机械密封以进行弥补原来机械密封处动、静之间设计间隙偏小，原来设计1.3～1.5㎜，现在厂家已将机械密封静环内弧面与机械密封轴套之间间隙应放大到1.8㎜，保证当泵轴瞬间摆动时也不会出现碰磨。
3.5检修工艺方面原因
通过7月份6号机1号前置泵轴颈磨损及键剪切断裂的问题也暴漏出检修工艺还存在一定的问题，应该引起高度重视。键与键槽配合间隙大，泵内汽蚀及冲刷作用使叶轮止退垫片失效，叶轮锁母松动导致叶轮运行中沿轴向穿梭移动的同时沿转向反复撞击叶轮键，间接或直接引起轴颈磨损及键剪切断裂故障的发生。应该升级文件包，查漏补缺，进一步完善和细化工艺标准。通过咨询厂家和翻阅技术资料，将细化补充并执行以下标准：
（1）轴与对轮内孔配合公差0.004～0.045㎜；
（2）对轮键（18×11×125）宽度与对轮配合0.064～0.02㎜,与轴键槽的宽度配合0.043～0.02㎜，厚度方向0.71～0.2㎜，长度配合公差+1.43～0㎜；
(3)轴（轮毂）上的键槽加工公差:宽度与对轮配合0.064～0.02㎜,与轴配合＋0.043～0.02㎜，高度0.59～0.1㎜，长度配合公差+1.3～0㎜；
(4)轴承内圈与装配位置轴颈配合公差为Ф80H7/js6,极限偏差0.0095～-0.0245㎜；
(5)轴承外圈与轴承室内孔配合+0.051～-0.014㎜；
(6)密封环1、2外径与装配位置配合公差+0.0633～-0.050㎜；
(7)密封环径向间隙设计0.5-0.633mm，磨损后的允许最大值直径1.2㎜；
(8)平衡孔孔径加工直径18㎜；
(9)叶轮内孔与轴颈配合公差为Ф80H7/h6,数值为+0.049～-0㎜；
(10)叶轮装配处轴允许最大跳动0.025㎜；
(11)泵壳下部纵销和入口弯头下部纵销与装配位置配合公差-0.03～-0.15㎜
(12)泵壳地脚螺栓处横销与装配位置配合最大0.04㎜；
(13)为了尽量减小低负荷转子窜动,将传动端轴承压盖与22316轴承外圈轴向间隙减小至0.05～0.10mm。
(14)检修工艺规程要求泵联轴器中心垂真方向比电机高0.2mm，而该前置泵传动端轴承为调心滚子轴承，轴心会有微小的摆动量，从目前密封环磨损的情况看密封环上部磨损重。转子中心状态与密封环磨损之间呈顺应关系，这也加剧了密封环的磨损，助长了泵的劣化趋势。建议调整为电机高0.10～0.20mm，电机偏北0.1-0.15mm，端面偏差不大于0.05mm,通过中心调整改变目前状态。
3.6备件质量控制
目前进行竞价上网招标，备件质量难以保证，因此对轴等重要部件一定要固定厂家，并签署技术协议，减少不必要的损失。
4结论
BQ01前置泵故障问题至投产以来一直困扰着我们，耗费了大量的精力、人力和物力，特别5号机2台汽泵前置泵更换不锈钢泵壳后机械密封泄漏频繁，通过几次抢修摸索和分析，初步认识到造成故障原因，提出了有益的尝试和建议，并补充相关的技术标准，有效指导今后的检修工作。
论文作者:赵凯
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/22
标签：叶轮论文; 机械论文; 间隙论文; 磨损论文; 电流论文; 轴套论文; 轴承论文; 《电力设备》2017年第19期论文;