凝结水泵推力轴承频繁烧瓦的问题解决.docx
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660MW超超临界机组凝结水泵
推力瓦块频繁烧损的处理
代国超
(周口隆达发电有限公司,河南周口市466100)
【摘要】某电厂2X660MW机组为例,对凝结水泵在基建试运期间发生推力轴承损坏的问题进行了分析,阐述了轴瓦温度升高后对机组运行的存在的隐患,分析了引发轴瓦温度升高产生的主要原因,提出了降低凝结水泵推力轴承瓦温高的处理方法,从而有效地提高了设备运行的稳定性和可靠性。
【关键词】凝结水泵;推力轴承;温度高;烧瓦;处理
0引言
某电厂新建2X660MW超超临界燃煤机组采用单元制系统,每台机组配备2台100%容量的某水泵厂生产的NL0500-570X5S凝结水泵,两台泵采用一拖二变频控制,1台运行,1台备用。
每台凝泵的容量满足汽机的最大凝结水流量,再加上10%的裕量,扬程按在VWO工况下运行并留有裕量,且能适应机组变工况运行的要求。
其主要技术数据如下表:
泵使用工况点
正常运行点(保证效率点)
设计点
项目
单位
扬程
mH20
373
354
流量
t/h
1586
1755
效率
%
83.5
83.6
必须汽蚀余量(首级叶轮中心线NPSHr)
m
5.4
5.5
转速
r/min
1480
1480
轴功率
KW
1929.4
2020
泵型号
NL0500-570×5S
冷却形式/品质/参数
推力轴承冷却水量:
0.8-1.2m3∕h,水压:
0.25〜0.4MPa,采用闭式水(除盐水),最高供水温度为42°C
机封冷却水量:
0.8-1.2m3∕h,水压:
0.4〜0∙6MPa,启动前采用除盐水,正常运行后采用凝泵出口凝结水。
1凝泵推力轴承的结构形式
NL0500-570X5S凝结水泵为立式桶袋式结构,此泵轴向推力主要由每级叶轮上的平衡孔平衡,剩余轴向推力由推力轴承承受。
推力滑动轴承用以承受轴向力及径向力,它主要包括:
推力瓦、径向轴承、推力柱、推力瓦座、油冷却器、油箱盖、油箱等几部分(见图1)o轴向力由12块推力瓦承
1
受,径向力由导瓦承受,采用自供油润滑系统和内置冷却器,润滑油为#46透平油,推力轴承冷却水
量:
0.8-1.2m7h,水压:
0.25〜0.4MPa,水质为闭式水(除盐水)。
图1推力轴承结构图
2凝泵推力轴承频繁烧瓦情况
1号机组和2号机组基建启动期间,凝结水泵出现过多次推力轴承烧瓦事故,主要是推力瓦块、推力柱损坏。
第一次:
2017年10月15日,1号机组整套启动期间,1A变频凝结水泵在47Hz正常运行,泵出口压力4.0MPa,流量225t∕h,推力轴承冷却水温度19.50C,17时07分推力瓦温度高报警停泵,推力瓦温度保护设定值为70°C时报警,85°C时停泵。
查看1A凝结水泵推力瓦温度历史曲线,推力瓦温度瞬间由58°C迅速升高,最高达98oCo就地检查发现推力轴承室油杯内的油变为乌黑,有乌金小颗粒,解体轴承室检查,推力瓦块乌金全部熔化(图2),推力柱受力而有多道沟痕,已无法使用,导瓦未见损坏。
此次烧瓦厂家服务人员分析认为,凝结水泵第一次运行300小时必须更换润滑油,试运期间运行已超300小时引起油质脏,易烧瓦。
图21A凝结水泵推力瓦乌金熔化
2
第二次:
2018年1月1日,2号机组试运期间,2A变频凝结水泵在44.6Hz正常运行,泵出口压力3.84MPa,流量180t∕h,推力轴承冷却水温度16oC,17时06分推力瓦温度瞬间由48°C迅速升高至58oC,立即停泵,通知厂家服务人员到现场处理。
初步分析,认为是推力瓦块加工缺陷,水泵厂家服务人员要求更换新厂家生产的推力瓦块。
解体轴承室检查,推力瓦块乌金全部磨损,推力柱受损有多道沟痕,导瓦未见损坏,检查轴承室冷油器未见泄漏,清理油室,更换推力柱及新厂家生产的推力瓦块,按工艺要求质量标准,研刮推力瓦块,加入新油,手动盘转子灵活,无摩擦卡涩,再次运行该泵正常。
随后,2B凝结水泵的推力轴承也更换了新厂家生产的推力瓦块。
第三次:
2018年1月19日,2号机组试运期间,2A变频凝结水泵在43Hz正常运行,泵出口压力3.19MPa,流量100t∕h,推力轴承冷却水温度8.2oC,19时20分推力瓦温度由48°C迅速升高至54°C,值长下令立即停泵。
厂家服务人员要求再启动一下,20时37分再次变频启动2A凝结水泵,变频升至34Hz时,推力瓦温度突升至59°C,立即下令停止该泵运行。
初步分析,认为是轴向推力大,推力瓦块受力大易磨损,推力瓦块已经受损了,再次启动加速了推力瓦块的磨损。
解体检查发现推力瓦块乌金全部磨损,推力柱受力而磨有沟痕(图3)o清理油室,更换新的推力瓦块,按工艺要求质量标准,研刮推力瓦块,推力柱车削修复后回装,加入新油,手动盘转子灵活,无摩擦卡涩。
图3 2Λ凝结水泵推力柱磨有沟痕
第四次:
2018年1月19日,1号机组试运期间,2B变频凝结水泵在39Hz正常运行,泵出口压力2.91MPa,流量170t∕h,推力轴承冷却水温度8.ΓC,10时13分频率由39.3Hz升至45.8Hz,水泵出口母管压力由2.91MPa升至3.98MPa,10时21分推力瓦温度高报警停泵。
查看2B凝结水泵推力瓦温度历史曲线,推力瓦温度瞬间由50°C迅速升高,最高达140C。
初步分析,认为还是轴向推力大,推力瓦块受力大易磨损。
解体检查发现推力瓦块乌金全部熔化,推力柱受力面有多道沟痕,导瓦未见损坏。
清理油室,更换新的推力瓦块,按工艺要求研刮推力瓦块,推力柱车削修复后回装,加入新油,手动盘转子灵活,无摩擦卡涩。
第五次:
2018年1月22日,2号机组整套启动期间,2A变频凝结水泵在46.7Hz正常运行,泵出口压力3.91MPa,流量180t∕h,推力轴承冷却水温度4.20C,8时45分推力瓦温度由54°C迅速升高至60°C,值长下令立即停泵。
18时00分厂家服务人员同意再次变频启动2A凝结水泵,变频升至35Hz时,推力瓦温度突升至6ΓC,立即下令停止该泵运行。
初步分析,推力柱磨损后外加工不能保证平面的光洁度、垂直度,造成推力瓦磨损。
解体检查发现推力瓦块乌金全部磨损,推力柱受损。
更换新的推力柱及推力瓦块,按工艺要求研刮推力瓦块,加入新油,手动盘转子灵活,无摩擦卡涩。
第六次:
2018年1月270,2号机组整套启动期间,2B变频凝结水泵在39.6Hz正常运行,泵出口压力4.0MPa,流量181t∕h,推力轴承冷却水温度3°C,2时1分发现凝结水泵电机上轴承振动大(0.llmm),就地检查发现推力轴承有异音,推力瓦温度50oC,工频启动2A泵运行,停运2B泵。
初步分析,认为电机振动大引起推力轴承受损。
解体检查发现推力瓦块乌金全部磨损,推力柱受损。
更换新的推力柱及推力瓦块,按工艺要求研刮推力瓦块,加入新油后正常。
第七次:
2018年1月27日,2号机组整套启动期间,2时10分工频启动2A凝结水泵,启动后出口压力4.60MPa,流量241t∕h,推力轴承冷却水温度3°C,推力轴承温度上升至56°C,随后开启凝结水再循环调节阀,全开凝结水再循环旁路电动阀,水泵出口压力降至3.62MPa,推力轴承温度降至50°Co5时55分推力瓦温度突升至86°C,值长下令紧急停泵,主机破坏真空停机。
初步分析,认为水泵工频运行出口压力高,轴向推力大引起推力轴承受损。
解体检查发现推力瓦块乌金全部熔化,推力柱有多道沟痕,已无法使用,导瓦未见损坏。
更换新的推力柱及推力瓦块,按工艺要求研刮推力瓦块,加入新油,手动盘转子灵活,无摩擦卡涩。
在2017年10月〜2018年1月期间,1号机组整套启动凝结水泵发生1次烧瓦不安全事件,2号机组凝结水泵先后发生6次相同的烧瓦不安全事件,其中系统试运期间发生3次,整套机组启动期间发生4次,厂家现场服务人员解体推力轴承检查发现轻者推力瓦严重磨损,重者推力瓦乌金熔化,推力瓦报废,推力柱磨损报废。
2017年12月〜2018年1月份,冬季冷却水温度低,推力瓦温度一般在40〜46°C之间。
凝结水泵推力瓦温度设有保护设定值,泵运行期间,推力瓦温度达到70°C时报警,85°C时停泵。
在机组试运期间,运行人员调整凝结水泵出口压力达到3.5MPa左右时,凝结水泵轴向推力增加,推力瓦温度爬升较快,推力瓦块超过50°C就磨损、超过70°C就烧瓦,凝结水泵只能在变频(35Hz〜45Hz)运行,工频启动运行水泵推力瓦块就高温,不能满足现场运行使用要求。
机组整套启动168小时试运期间,凝结水泵存在如下隐患:
1)变频运行泵的频率只能在35Hz〜45Hz之间运行,若泵出口压力超过3.5MPa必须开启凝结水再循环调节阀进行降压调节,否则易引起推力轴承温度高。
2)水泵工频运行时出口压力高,易引起推力轴承温度高,危机设备运行安全。
变频运行的凝结水泵进口滤网堵塞后,切换另一台泵要工频运行,出口压力大于3.5MPa必须全开凝结水再循环调旁路阀和再循环调节阀进行压力调节。
3)机组变工况运行时,凝结水泵出口压力波动大,易引起推力瓦温高,不能满足现场运行使用要求。
3凝泵推力瓦烧损的原因分析
在连续多次推力瓦块烧损的情况下,召集了设备厂家技术人员、设备安装和调试技术人员、施工监理和建设单位有关人员共同分析原因。
(1)推力轴承的推力瓦块承载差。
凝泵运行时,低转速泵出口压力在3.0MPa以下,水泵轴向推力较小,瓦温45°C以下,水泵正常运行;当泵出口压力在3.50MPa左右时,轴向推力增加,推力瓦块温度上升较快,轴瓦面磨损增大,影响安全运行。
(2)推力柱底面加工精度低。
推力柱底面加工精度不够,推力柱底面与主轴的垂直度不好。
会造成推力柱底面与推力瓦的平面度不好,会破坏推力瓦与推力柱底面之间所建立的油膜,引起瓦温升高、推力瓦块磨损。
磨损过的推力柱是不能在现场加工处理的,必须要更换原厂家在厂里经过精处理的。
(3)泵的推力轴承实际受力太大
轴承温度升高主要是由于推力瓦与推力柱摩擦所引起。
而这摩擦力的大小直接取决于推力轴承的受力o温度升高说明推力轴承的受力过大。
因此要使轴承温度下降就应该设法降低推力轴承的受力。
该泵首级叶轮为双吸叶轮,其它4级叶轮是单向吸水的,叶轮吸水侧的压力低于排水侧的压力,因而在叶轮两侧产生压力差,形成朝向吸水侧的轴向推力。
这个轴向推力由平衡鼓和推力轴承共同承受。
因此,可以通过增加平衡鼓受力和减小叶轮轴向推力的方法来减小推力轴承的受力。
泵叶轮两侧产生的压差形成的轴向推力,计算经验公式是:
F=9.8nkHlγπ(R1-R2)
式中F一水泵的轴向力,N;
n一水泵叶轮个数;
Hl—单级扬程,m;
Y—液体的重度,kg∕m3
R1—口环半径,m
R2—水泵叶轮轮毂半径,m
K一与比转速度有关的经验系数。
从式中可以看出,只要减小扬程H1,就可以使轴向推力下降。
仔细核对了凝结水泵的实际运行承参数,发现扬程比设计值高300KPa,流量在机组满负荷工况下尚有余量。
根据厂家提供的资料,凝结水泵配置的推力轴承部件,在1500r∕min同步转速的运转条件下,可承载的向下主推力为:
额定载荷为80KN,瞬时最大载荷为110KN。
因此,可根据叶轮车削定律采取车削叶轮的方法或取消一级叶轮的方法降低泵的出口压力,从而减少泵的推力轴承部件向下推力,使推力轴承油膜稳定,推力轴承不易烧损。
4解决方案的制定与实施
(1)解决方案
方案一:
车削叶轮
在保持水泵流量不变的情况下(第一级叶轮不车削),将凝泵
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