張 胤，黃 群，董飛英

(上海上電漕涇發(fā)電有限公司，上海 201507)

上海漕涇電廠2×1 000 MW機(jī)組汽輪機(jī)采用上汽廠引進(jìn)德國西門子公司技術(shù)設(shè)計制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽(一個高壓缸、一個雙流中壓缸和兩個雙流低壓缸)、雙背壓、八級回?zé)岢槠⒎磩幽狡啓C(jī)，型號為N1000-26.25/600/600，銘牌功率為1 000 MW，保證熱耗7 306 kJ/kWh。

汽動給水泵是由上海電力修造總廠有限公司按Sulzer 技術(shù)生產(chǎn)的水平、多級、筒式殼體，并具有整抽式芯包設(shè)計的離心泵。型號HPT400-390-6S，主要配套1 000 MW等級超超臨界火電機(jī)組汽動給水泵組。

2012年7月，汽動給水泵2A在運(yùn)行中自由端密封水回水溫度異常升高至97℃，就地檢查發(fā)現(xiàn)該泵自由端密封水調(diào)節(jié)閥后管道上一對發(fā)蘭密封墊被吹損，大量密封水柱狀噴灑到鄰近設(shè)備上。

經(jīng)過緊急搶修抽出汽泵2A芯包后發(fā)現(xiàn)平衡襯套緊固螺栓(16只M16螺栓 )有15只脫落，螺孔磨損擴(kuò)大，螺栓磨損嚴(yán)重變形，在與螺栓軸向?qū)?yīng)的末級導(dǎo)向器處，撞擊形成較大的凹坑。2012年對給水泵2A更換了備用芯包，并對損壞的芯包進(jìn)行了修復(fù)。后續(xù)幾年利用檢修機(jī)會對其他幾臺給水泵的芯包進(jìn)行了解體檢查，都發(fā)現(xiàn)了相似的問題，甚至于推力盤及推力瓦的損壞。

鑒于這些情況可知，給水泵芯包損壞存在一定的共性情況，遂對芯包損壞問題進(jìn)行了進(jìn)一步的原因分析。

1 芯包損壞原因分析

經(jīng)過對損壞的芯包解體檢查發(fā)現(xiàn)故障始發(fā)原點應(yīng)是：由于平衡襯套固定螺栓在運(yùn)行中松脫造成的后續(xù)設(shè)備損壞。一旦在運(yùn)行中由于螺栓松動造成平衡襯套與大端蓋的密封損壞，有可能就會發(fā)生水汽外泄，而且螺栓磨損的金屬碎屑進(jìn)入平衡鼓的節(jié)流間隙(直徑間隙0.44～0.51 mm)，造成平衡鼓磨損，磨損形成的金屬屑粒隨著平衡回水管到了主泵進(jìn)口，導(dǎo)致葉輪密封環(huán)的磨損。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，各間隙處的磨損是同步增加的，即金屬屑粒的總量也在增加，當(dāng)達(dá)到一個積累量，最終導(dǎo)致平衡鼓節(jié)流間隙迅速增大，形成惡性循環(huán)，加速其磨損，在較短時間內(nèi)達(dá)到嚴(yán)重的程度。平衡鼓節(jié)流間隙增大，節(jié)流效應(yīng)下降，回水流量迅速增加，而主泵進(jìn)口壓力是固定的，由于平衡回水壓力的大幅增高，就發(fā)生迷宮密封間隙大氣側(cè)泄漏(泄荷口無法滿足)，嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行(水流方向見圖1)。

圖1 給水泵芯包故障后水流方向變化圖

泵型號螺栓規(guī)格螺栓數(shù)量螺栓材料設(shè)計力矩/Nm同規(guī)格6.8級螺栓力矩/Nm材料抗拉強(qiáng)度/MPaHPT mk 200-320-6s/28M2024A176Type431(相當(dāng)Cr17Ni2)225249～3091 100～1 200HPT-400-390/6SM1616QT-900113127～158900

2 平衡襯套故障原因分析

(1)法蘭螺栓緊固力矩偏小。襯套法蘭由16只M16螺栓固定，在法蘭下部由一只柔性石墨環(huán)作為平面靜密封，由法蘭的軸向壓緊力來阻斷襯套與殼體內(nèi)配合間隙處的泄漏，密封壓縮量應(yīng)在阻止泄漏通道的同時，法蘭金屬面也必須與殼體金屬結(jié)合面剛性接觸。從測量它們的相對位置可發(fā)現(xiàn)，經(jīng)壓縮后的柔性石墨環(huán)表面至法蘭平面的高度為11.6 mm,襯套凸出止口尺寸是12 mm，雖然兩金屬結(jié)合面有接觸痕跡，但這仍不足以使螺栓有合理的拉伸量。平衡襯套緊固螺栓為16個M16的螺栓，材料為QT900, 設(shè)計力矩值為113 Nm。同時對比其他主泵平衡襯套固定螺栓的情況如表1所示。在給水設(shè)計壓力接近的泵型上，無論是固定螺栓數(shù)量、規(guī)格以及設(shè)計力矩都比目前使用的要高，這也直接造成目前使用的螺栓材料抗拉強(qiáng)度以及整體緊固強(qiáng)度要小很多。

(2)平衡襯套由16只螺栓固定在大端蓋上，運(yùn)行中長期受到水流、振動因素的影響。目前平衡襯套與大端蓋的配合位置僅占平衡襯套全長的1/8左右，其他部分是懸臂的僅依靠襯套法蘭處螺栓固定。固定螺栓松脫的基本原因是螺栓在緊固后，未達(dá)到應(yīng)有的彈性伸長量(螺栓力矩設(shè)計值偏小或安裝時未緊固到要求的力矩)，并且緊固螺栓沒有防松脫措施，在水流、振動等因素的長期作用下最終松脫，而松脫后的螺栓，由于它與末級導(dǎo)向器蓋板的軸向距離較短，而無法全部脫下，則它在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不斷地作軸向沖擊末級導(dǎo)向蓋板的相應(yīng)位置，最終在蓋板相應(yīng)位置形成較大的凹坑，同時產(chǎn)生金屬屑粒進(jìn)入平衡裝置及各級葉輪的動靜間隙。

3 平衡襯套改進(jìn)方案

針對解體過程中發(fā)現(xiàn)的問題，制造廠重新改進(jìn)加工平衡襯套，平衡襯套法蘭螺栓規(guī)格由M16×50 mm改為M16×80 mm，數(shù)量由16只增加到28只。螺栓緊固力矩由113 Nm改為130 Nm。

平衡襯套將其外圓直徑340 mm部分進(jìn)行的堆焊車削配合改為過盈配合(平衡套下部密封墊必須同時保持壓緊) ，使配合保持一定的過盈量(0.02～0.04 mm)來阻斷振動向螺栓處傳導(dǎo)，在最大程度上降低動態(tài)下對螺栓的交變應(yīng)力作用(如圖2所示)。

圖2 平衡襯套與大端蓋間過盈配合示意圖

將平衡襯套1的一端通過機(jī)加工與大端蓋4對應(yīng)位置形成過盈配合，過盈度0.02～0.04 mm。裝入彈性密封圈3后，使用液氮冷卻平衡襯套1，再將平衡襯套1與大端蓋3組裝到位，形成第一個支點，然后用緊固螺栓2將平衡襯套1與大端蓋3緊固住，形成第二個支點，使得原來單支點懸臂結(jié)構(gòu)的平衡襯套，改為了雙支點結(jié)構(gòu)，增加了運(yùn)行中的穩(wěn)定性。

緊固螺栓2共設(shè)有28個，緊固螺栓的深度增加了10 mm，通過增加緊固螺栓的數(shù)量及長度，增加了平衡襯套的總的緊固力矩，同時又降低了每顆螺栓受力，提高了平衡襯套在運(yùn)行中的安全性。

平衡襯套1內(nèi)壁有4條槽齒渦旋阻尼,鼓套處于高差壓的節(jié)流狀態(tài)。當(dāng)水流在很大的壓差下通過平衡鼓間隙，它是處于低頻振動的沖擊下的狀況，通過改進(jìn)平衡襯套1與大端蓋4之間的配合方式，改為雙支點后，振動情況大幅改善，緊固螺栓2承受剪切力大大減小，有效防止了緊固螺栓2的松脫與斷裂，也防止了平衡襯套1與大端蓋4的損傷，更進(jìn)一步保障了給水泵芯包的安全運(yùn)行。

4 平衡襯套改進(jìn)效果

改造前，芯包平衡襯套僅依靠固定螺栓單支點固定，呈懸臂結(jié)構(gòu)，在水流的作用下，平衡襯套長期處于低頻振動狀態(tài)，易造成緊固螺栓的松脫。通過改進(jìn)后，在增加了螺栓數(shù)量和緊力的同時也對襯套的整體安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，改為雙支點的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。消除當(dāng)水流在很大的壓差下通過平衡鼓間隙時產(chǎn)生的低頻振動沖擊，提高了平衡襯套及給水泵芯包的運(yùn)行安全性。平衡襯套的緊固螺栓由16個增加至28個，增加了緊固力矩，提高了芯包使用的安全性和可靠性。

5 結(jié)語

通過對原有給水泵芯包的優(yōu)化和改造，提高了給水泵的使用安全性，同時也可延長芯包的使用壽命，減少檢修時間和費(fèi)用的投入。對其他同類型芯包上都可以做改進(jìn)，且不需要更換新的平衡襯套，在原襯套及大端蓋上改進(jìn)即可，可以為其他類似的改造提供可行的依據(jù)和借鑒的經(jīng)驗。