輔助給水電動泵設計、安裝、運行技術研究與探討

溫青云

【摘 要】某核電站2臺輔助給水電動泵（以下簡稱電輔泵）從安裝調試階段以來，頻繁發生故障，主要表現有筒體銹蝕嚴重、泵軸無法盤車、軸承溫度偏高以及振動超標等。通過長達6個月的分析處理，目前2臺電輔泵運行情況基本正常。本文主要結合電輔泵缺陷處理的經驗反饋，對電輔泵結構設計進行全面的研究與探討，為電輔泵今后的運行與維護提供技術支持，同時也為同類型臥式多級離心泵故障處理提供參考意見。

【關鍵詞】多級離心泵；銹蝕；無法盤車；溫度偏高；振動超標；結構設計

0 概述

電輔泵為臥式雙殼體9級離心泵，內殼體為整體抽芯式結構。泵采用水平中心支承，泵的進出口垂直向上布置，泵腳和進出口法蘭通過螺栓與泵體連接。泵軸承為滾子軸承，采用稀油自潤滑，軸承冷卻方式為空冷。泵的軸封采用集裝式機械密封，冷卻方案采用API682標準的Plan01方案。泵90%～95%軸向力由平衡鼓承受，殘余軸向力則由設置在泵自由端的一對圓錐滾子軸承平衡。

1 缺陷處理經驗匯總

1.1 筒體、泵蓋銹蝕嚴重

電輔泵首次全面解體時，發現筒體內有大量的銹水，筒體和泵蓋表面氧化皮已因銹蝕而全面剝落[1]。經翻查電輔泵運行維護手冊[2]和RCC-M材料采購規范[3]，發現電輔泵筒體、泵蓋為16MnHD碳鋼材質，而泵軸、葉輪、導葉、平衡鼓等零部件均為奧氏體不銹鋼材質。

安裝調試期間，對管道沖洗為淡水，水質中含有大量溶解氧和腐蝕性離子，奧氏體不銹鋼由于自身鈍化膜不容易被腐蝕，但碳鋼材質會與水中氧化劑反應，生成氧化鐵產物，就是俗稱的鐵銹，而且ASG系統管道中殘余的銹水會隨灌泵進入筒體內。

由于調試進度限制，不具備更換筒體和泵蓋材質的條件，只能對銹蝕表面進行打磨，同時投用正式除鹽水進行保養。由于水質中的氧化劑含量降低，能有效的降低碳鋼發生化學腐蝕，筒體和泵蓋銹蝕問題能得到暫時緩解。

1.2 泵軸無法盤車

電輔泵其中一種工況為泵投入使用，但不影響蒸汽發生器水位，介質走小流量旁路管線回ASG水箱，即主流量0m3/h+最小流量旁路7m3/h。但每次在此工況下進行試車，停泵后，泵軸卡死無法盤動。對電輔泵解體檢查，發現幾乎每級葉輪的背口環和面口環均有不同程度的半圈高速磨痕，平衡鼓同樣存在明顯的拉痕。

對電輔泵口環間隙和中分情況進行檢查，測量的數據值均在其合格范圍內。但是發現現場的運行工況為主流量0m3/h+最小流量旁路7m3/h，而廠內性能試驗時并未在此工況下長久運行，同時廠家要求最小流量值為21m3/h。

由于泵運行流量過低會導致泵的過流部件脫流損失、沖擊損失、渦旋損失進一步加大，伴隨大量的水力噪聲和機械振動，并對零部件形成疲勞磨損。同時最主要的是該工況遠遠偏離設計工況點，渦室內液體流動速度減少，根據速度三角形分析可知，葉輪內液體流出速度反而增加，液體不能匯合，形成沖擊，壓力不斷增加，產生徑向力。這也許就是造成葉輪口環和平衡鼓磨損的根源。

針對以上情況，已經對泵出口進行技改，增加機械式小流量閥，保證介質走小流量旁路管線自循環工況下，總流量滿足24m3/h的要求。

1.3 推力軸承溫度偏高

電輔泵推力軸承為一對角接觸球軸承，型號為31314J2/QCL7CDF。廠家技術文件指出軸承報警溫度為90℃，停機溫度95℃?，F場運行時推力軸承溫度高達88℃。雖然溫度穩定在限制范圍內，但數值已經接近報警值，而且明顯比其他多級離心泵軸承正常運行溫度高出20℃。軸承溫度偏高不僅會降低軸承的使用壽命，同時還會加速潤滑油變質，對設備的安全運行造成巨大的威脅。

通過對比不同工況，額定流量比小流量工況軸承溫度稍有減小，但相差不大，從側面說明軸向推力不是導致溫度偏高的原因。同時，在對電輔泵解體檢查時，特意對軸承的磨損情況、裝配尺寸、軸向和徑向游隙進行檢查，也均沒有任何問題。最后，通過對比其他多級離心泵，發現軸承冷卻方式存在較大差異。

電輔泵推力軸承采用稀油潤滑和冷卻，通過甩油環攪動，潤滑油自身為空冷，僅依靠潤滑油表面與空氣進行熱交換，無任何其他輔助措施。其它多級離心泵采用空冷設計時，都相應加裝空氣強制循環裝置，例如泵軸尾部增加風扇，加強滑油與空氣換熱效果。

為了驗證是否是軸承冷卻方式不當，引起軸承溫度偏高。在運行期間，通過一臺大功率軸流風機對軸承進行冷卻，其溫度立即下降，并維持在68℃左右，效果明顯。

1.4 振動超標

電輔泵驅動端振動值非驅動端振動值5.8mm/s，超出標準要求4.5mm/s范圍。通過頻譜分析儀進行測量，非驅動端是整整100HZ占主導，即電網二倍頻偏高。

電網二倍頻偏高，根據相關學習資料[4]和經驗，一般都是與電機側有關。通過停泵后，觀察到振動值并沒有立即消失，證明與電機電磁無關，則振動很有可能與電機基礎有關。為了驗證電機基礎是否存在問題，在運行時，逐個松電機與基礎板的連接螺栓（松完一顆驗證完后立即擰緊，驗證下一個），發現電機右側斜對的兩顆螺栓在松完后，振動立即降至合格范圍內，說明電機虛腳是造成非驅動軸承振動超標的根源。通過在電機虛腳螺栓下墊不銹鋼皮，消除虛腳，再次進行試車，振動值為2.2mm/s，數據合格。

2 總結

通過經驗匯總，我們可以看出國產的多級離心泵在結構設計方面仍有很多的不足，例如廠家在材質選型上考慮不周密，也許所選的材質能滿足機械強度和硬度的要求，但是其防腐能力肯定較差，長期腐蝕最終也會導致機械性能的散失。同樣還有軸承溫度問題，廠家設計時明明可以考慮更好的冷卻方式，但最終卻選擇比較原始的散熱方式。

當然，通過部分缺陷的產生，也與現場的安裝，以及對離心泵運行工況不熟悉而造成。希望通過此論文對類似的多級離心泵碰到相同情況時，能起到良好的借鑒意義。

【參考文獻】

[1]ISO 8501-1：2007“涂裝油漆和有關產品前鋼材預處理——表面清潔度的目視評定”.

[2]上海阿波羅機械股份有限公司.輔助給水電動泵RCC-M材料采購規范[S].2011-08-05，D版.

[3]上海阿波羅機械股份有限公司.輔助給水電動泵設備安裝運行維護手冊[S].2013-07-21，A版.

[4]陳宇東.結構振動分析[M].吉林大學出版社，2008.

[責任編輯：田吉捷]