某1000MW机组循环水泵导轴承改进及应用

2019年第3期•27•某1000MW机组循环水泵导轴承改进及应用
刘永民
（广东惠州平海发电厂有限公司，广东惠州；516363）
摘要：针对某电厂1000MW机组循环水泵导轴承可靠性低的问题，从循环水泵结构、导轴承材料、导轴承结构设计等方面进行分析。

认为循环水泵导轴承设计不足及恶劣的工作环境是造成其可靠性低的原因，提出改造方案，经改
造后泵运行稳定、可靠。

关键词：电厂用泵循环水泵导轴承可靠性改进效果
中图分类号：TH313文献标识码：A
引言
循环水泵导轴承在泵体中主要起承受转动部件
不平衡的径向分力及稳定叶轮转动的作用，是泵体
极为重要的部件之一。

大型电站循环水泵以立式为主，一般设置3~
4个非金属导轴承（导叶体轮毂内设置1个、中间
支架内设置1~2个、填料函内设置1个）。

一旦导
轴承磨损严重或损坏，则将使约束力下降，泵轴系
摆动增大、振动增大，严重时发生动静碰磨，引发
设备损坏事故。

因此，导轴承是循环泵稳定性、检
修周期和运行寿命的主要控制性因素W。

1设备概述
循环水泵是电厂中大型的斜流泵，其为循环水
系统提供水源，冷却汽轮机排汽，保持机组真空。

一旦循环水中断，机组将被迫停运。

因此，循环水
泵是电厂的重要辅机设备，其可靠性直接关系电厂
的安全稳定运行。

某厂2台1000MW超超临界机组，循环水系
统采用单元制，配置3台循环水泵，其循环水泵采
用某厂生产的80LKXA-16.7型立式斜流泵。

循环
水泵采用内接套管、筒体加非金属导轴承的结构，
设置3个赛龙导轴承，分别在导叶体轮毂内、中间
支架内、填料函内，导轴承润滑和冷却采用海水自
润滑方式冋（见图1）。

图1循环水泵结构图
•28•2019年第3期
2存在的问题
某厂循环水泵自投运以来，泵整体运行平稳,但仍存在诸多问题：（1）赛龙导轴承易磨损，造成循环水泵振动过大，甚至出现叶轮与叶轮室碰磨；（2）中间导轴承紧固螺栓断裂及中间支架出现裂纹；（3）导轴承的赛龙部件与基体脱离；（4）循环水泵中间轴套、下轴套单边偏磨严重；（5）下导轴承紧固螺栓断裂、脱落，造成导轴承基体与导流体的配合部位磨损，导流体需返厂修复。

由于存在上述共性问题，故循环水泵检修间隔周期非常短，每次解体检修均需对赛龙导轴承及轴套进行更换，检修费用极其高昂。

3原因分析
3.1赛龙导轴承耐磨性差
循环水泵导轴承的运行环境恶劣，长期在含沙量大的海水中与轴套碰磨。

此外，赛龙导轴承采用海水自润滑，因海水含有较多泥沙、海生物等杂质，一旦进入导轴承间隙，轴套将其挤压嵌入导轴承，磨损轴套及导轴承，被磨粗糙的轴套又加速导轴承的磨损，致使间隙超标引起泵振动增加，从而形成恶性循环。

3.2赛龙导轴承设计不合理
赛龙导轴承设计不合理主要体现在两方面：（1）由于赛龙衬套材料硬度高，直接冷套安装在双相不锈钢的基体上。

泵在运行中，泵体旋转部件产生巨大的振动能量，叶轮附近尤为显著，其不断冲击赛龙导轴承及其紧固螺栓。

赛龙导轴承未能有效缓冲吸能，长期如此将会导致导轴承紧固螺栓疲劳断裂、导轴承脱落等问题。

（2）导轴承赛龙衬套部件与基体采用过盈、冷套工艺安装，圆周径向仅采用4个M6固定螺栓固定。

当导轴承与轴套磨损后，一方面衬套壁厚变薄，冷套紧力下降，另一方面接触表面变得粗糙。

泵在运行中，轴套与赛龙导轴承旋转接触后，因接触表面粗糙，从而产生一定的轴向分力。

当此轴向分力大于冷套紧力及固定螺栓的紧力时，导轴承的赛龙部件将会与基体分离。

3.3循环水泵筒体同心度差
引起循环水泵筒体同心度超标的主要原因如下：（1）循环水泵属长轴泵（总长12.68m）,由6节筒体连接而成，如果筒体存在加工、安装误差或泵座水平因基础沉降不均而倾斜等问题，其上部微小偏差会在下部放大数倍（三角相似原理），导致筒体同心度超标；（2）由于筒体同心度超标，导致循环水泵轴系受不均匀的水力冲击，造成导轴承与轴套偏磨严重。

4改进方案选择
针对上述问题，为了避免类似事情的发生，需重新选择循环水泵导轴承的材料并改进其结构，再对循环水泵水导轴承改造。

41导轴承材料选择
根据循环水泵导轴承的工作环境，选择低摩擦系数、在液体含沙粒和其他研磨粒环境下耐磨性强的材料极为关键国。

在循环水泵导轴承中运用较为成熟的材料，主要有研龙导轴承、赛龙导轴承及陶瓷导轴承，其性能特点如表1所示。

经过分析比较，决定采用研龙导轴承代替赛龙导轴承。

4.2导轴承结构改进
根据循环水泵导轴承需承受泵体转动部件的振动能量，故需对其结构进行优化⑷：（1）在导轴承配置方面，下导轴承改进为研龙hRBR材料，因其高韧性、耐磨损及高缓冲性，能最大限度地吸收叶轮处产生的能量，并能有效退让杂质，保护轴套。

上、中导轴承采用研龙缓振结构PLYDxED+ TSTN,即摩擦滑动材料采用TSTN干转等级，并在滑动材料与基体间，通过研龙独特多层层合工艺，加一层缓冲性良好的PLYDxED层，能有效吸收泵轴所产生的能量。

因此，一方面可以吸能减振，防止导轴承的紧固螺栓断裂；另一方面缓冲材料使得轴承具有一定的轴线自适应性，有效降低导轴承与轴套偏磨。

（2）导轴承与基体间采用燕尾槽的固定方式，能有效防止导轴承部件与基体分离（见图2）0
•29•2019年第3期
表1三种轴承材料性能对比
性能研龙导轴承赛龙导轴承陶瓷导轴承
磨损摩擦系数低，优良的抗磨损性能，尤其在
河水、海水、污水液等有研磨颗粒的介质
中优势明显
抗磨损性能一般，在有研磨颗粒的
介质中磨损快，寿命短
抗磨性能好
振动-冲击工程弹性体材料，吸振性能良好吸振能力一般硬质、脆性，对振动较敏感，易碎裂
水胀水胀小易发生水胀现象，温度越高，膨胀
现象越严重
不会发生水胀现象
间隙不刮伤、不咬死，间隙可以做到其他非金一般要求间隙较大，以免温度上升径向间隙大，单边间隙0.25-0.35mm,属材质配合间隙的一半，甚至更小或者水胀时抱死转动件易产生水冲击和振荡
干转抗干转能力强，可承受1~5min抗干转能力较差，可承受30-90s无水润滑下容易产生轴颈磨损温度-70-110r
-65~107r,水中运行温度不超
过60T,超过60*会发生水解
温度范围广，耐高温
安装反应热聚合浇铸到基体（轴承体）结合牢固安装简单，可用过盈安装和胶水安安装困难，对安装精度要求较高，安可靠，可以实现薄层结构，轴承刚度更好装，但安装后一般需要精加工装过程中陶瓷材质容易损坏
对磨摩擦副
（轴套）
无需提高硬度硬度要求高陶瓷或硬质合金，成本高
4.3改进方案实施
1）将原赛龙导轴承改进为研龙工程弹性体复合材料，并在导轴承内表面轴向均加工12条R10润滑槽，减小轴颈与轴承内径配合间隙。

2）将下导轴承改为研龙hRBR导轴承，上、中导轴承改为研龙PLYDxED+TSTN导轴承。

5应用效果
按照上述方案，对1号机组1A循环水泵导轴承进行改造，即采用上、中、下不同导轴承的优化配置。

2015年1月20日完成改造并启动试运，一次试运成功且泵的各项运行参数均达到优秀水平,其中循泵电机端部振动值：水平一0.020“m、垂直丄0.021“m、轴向00.003“m,且其振动值及电流非常稳定。

2018年7月对1A循环水泵解体检查，泵轴、导轴承、轴套等零部件完好无损，首创循环水泵解体不需更换备件的纪录。

一方面实现了巨大的经济效益，节省备件费用38万、检修费用7万，共45万；另一方面保证了重要辅机设备的安全稳定运行，提高机组的稳定性。

6结语
通过对80LKXA-16.7型立式斜流泵导轴承的改进，彻底解决了因赛龙导轴承设计不足造成设备故障率高及频繁检修的问题，有效延长了检修周期、提高了设备的稳定性，实现了巨大的经济效益。

・30・2019年第3期
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（上接第22页）
由此可见，汽蚀比转速与比转速不同，它不代
表某个具体水泵，而是代表全部离心泵某种状态,
如图7所示。

常用的汽蚀比转速用NPSH3进行计
算，此时是气液两相互有转化的双相流，压力场不
稳定，相似定律误差较大；NPSH。

、NPSH；时流场
查对稳定相似定律精度大大提高。

用NPSH：计算汽
蚀比转速，更能代表泵汽蚀的某种状态。

从有限的资料分析，最高效率点NPSH,的汽蚀
比转速范围是=420-500o
8结语
通过国际技术交流，学到定量计算汽蚀寿命的
方法，并用该方法重新评价核电主给水泵组国产化
过程中扬程分配技术争议。

分析结果表明：无汽泡
产生与同轴径设计巧合，这同时解释了为什么许多
国际知名水泵公司前置泵扬程都取的较高。

本文介绍的无汽泡汽蚀比转速准则也适用于多
级泵首级与第二级叶轮，目前工程上偶有首级叶轮
“丰
1000 800 600 500 400
高抗汽蚀叶轮
效率、汽蚀兼顾叶轮
效率为主叶轮（如多级泵次级叶轮）
空白
泵入口无汽泡条件
------------------------------------------d
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水导轴承改进方案研究及应用[J].广东电力，2009,22
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（本文编辑王振华）
（收稿日期2018-09-04）
不汽蚀而二级叶轮汽蚀的现象，可以推断是二级叶
轮入口有汽泡，最终要通过可视化汽蚀确认与
解决。

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图7汽蚀比转速与比转速关系
（本文编辑陈丽霞）
（收稿日期2019-01-09）。