炉水循环泵电机结构和故障分析

推力轴承为 Michell 结构，止
7
推 力 轴 承
构，止推块为不锈钢。推力盘承 推块为塑料块，推力盘承磨面为耐 磨面为塑料贴层，PV 取值高，尺 磨镀铬层。PV 取值低，尺寸大， 寸小，结构紧凑，游动间隙仅为 浮动间隙在 1mm 以上。运行中普 KSB 泵的 20%左右。运行中对磨 遍存在对磨付承磨面外缘磨损大 付承磨面磨损较均匀，但要求高， 的问题。结构较简单，装配时较容
转子采用开口槽结构，长期运 行会导致转子气蚀。转子轴热屏段 较短且粗，不易发生弯曲。
二、炉水泵循环泵的故障分析 据合肥皖化电机技术开发有限责任公司从 90 年代后期进入发电厂炉水泵电
机大修改造领域，在修理改造过程中对每台炉水泵电机进行详细的故障现象分析 统计，现以这 300 余台炉水泵电机的故障形态为例分析如下：
伤
损
击
击
障
造
绕
穿
穿
成
组
损 伤
9
电气绝缘故障现象及原因分析
现象
主要原因
1
① 绕组线本身绝缘缺陷，绝缘层有疵 点；
线圈端部局部击穿点、长期带故 ② KSB 泵线圈下沉；
障运行甚至烧断绕组线。
③ 穿线时绕组线损伤；
④ 过热变形；
薄绝缘绕组线绝缘薄弱，击穿现象多。
2
① 绕组穿线工艺损伤；
铁芯槽内线圈局部击穿点，甚至 烧坏铁芯。
会因重力而下沉造成线圈在出槽 易造成线圈出槽口处的损坏。
口处损伤。
④线圈的槽内没有槽楔，在起动 ④线圈槽内有槽楔，防止线圈松 的电动力作用下可能会振动。 动。
中性
点Y
绕组接头采用模压绝缘，由
绕组接头采用自粘性聚乙烯
4 并接 于制作工艺可靠，高压水渗入绝 带绕包，时有高压水渗入绝缘内，
头的 缘内现象较少。
此现象①到现象之总和可能大于 100%。
炉水泵电机故障现象分析
上图是在已进行检修改造的炉水泵电机（300 余台）统计分析得出的。
第①类电气绝缘故障是主要故障形态
炉水泵电机的故障一般都是绝缘电阻明显下降，如 6KV 电机下降到 200M
Ω以下可以认为都有不同程度的电气绝缘故障，然而电气绝缘故障的原因是多样
定子
可抽出定子的结构，有利于
定子硅钢片安装在电机机壳
组件 湿定子电机整体维修和制造备件 上，无法取出。
压力容器外壳与炉水泵电机
2
热障
定子机壳的外圆之间不直接接 触，形成厚约 4mm 的水层，形 成的热障在不运转的热备用状态 作为隔热层，外壳的传导热不易 直接传到定子和绕组线，防止绕 组线受热，在运行过程中，隔水
②3000V 及以下的绕组线采用统 ②绕组线大部分采用二种不同的
3
线 圈
一的绝缘厚度，6000V 及以上的 绝缘厚度，故障几乎都发生在薄绝
采用二种绝缘厚度。
缘的部位。
结 ③线圈端部与机壳之间的挂钩用
构 尼龙带捆紧，端部机械强度好， ③线圈端部与机壳之间没有相对
而在竖直的工作状态下，线圈不 固定的挂钩，线圈可能发生下沉，
性的（详细分析请见电气绝缘故障原因分析）。
第②类推力轴承故障
推力轴承故障是一种常见故障，除了长期运行造成的推力轴承轴向间隙超
标，还有一些原因也会造成推力轴承加速损坏：1.有些电机腔内有金属颗粒或杂
7
质。2.选用设计参数 PV 值偏高，轴向推力过大。3.金属推力盘镀铬承磨层脱落， 4.非金属承磨板与金属推力盘开裂脱和落，5.高温炉水渗入电机，烫伤轴承。6. 电机内循环水不畅，缺水运行。7.推力轴承轴向间隙超标。以上原因都可能导致 推力轴承的非正常损坏。
气的湿度而变化。
6
导 向 轴 承
导轴承为金属瓦衬，塑料瓦， 分块式摆动调心结构。调整性能 好，运行中能保持均匀的配合间 隙。PV 取值较高、尺寸小、结构 紧凑。
金属瓦衬，塑料瓦为圆筒式结 构，依靠轴承弹性支持环调心。调 整性能不如分块摆动结构。PV 取 值较低，尺寸较大。
推力轴承为 Michell 型Ω结
三、电气绝缘故障原因分析 以上是炉循环泵常发故障，从上述炉水泵电机故障现象分析可以看出，电气
故障是所有故障现象的主要形态。结合电气故障的现象和主要产生原因统计分析 如下图：
60%
故
障 出
48%
现
的40% 概
率
21% 20%
15%
7%
4%
3%
2%
0%
端
槽
பைடு நூலகம்
接
导
机
高
电
部
内
头
电
械
温
缆
绕
绕
故
头
故
烫
破
组
组
障
故
障
接成板状块。
运行操作不当。
4
中性点接头渗水导致绝缘电阻 ① 中性点接头工艺结构设计不合理，没 下降，甚至有中性点接头炸开现 有自密性；
象，接头处有铜绿。
② 制作工艺不良。
绕组接头的根部绕组线绝缘损 ③ 采用聚乙烯模压熔接绝缘工艺、高温 伤，绝缘电阻下降、甚至为零。 模体在操作时烫坏。泰勒泵此现象较
多见。
8
第⑦类端盖密封面渗漏 进厂检修时较难判断，发现有几台在端盖面上有月牙形水锈斑痕，应可判定 为有微渗漏现象发生；其中一台在修复后，进行 26MPa 水压试验时，有点滴渗 漏现象，重新拆开发现端盖密封面上有一处微小铸造缺陷，处理后得以解决。 第⑧类密封导电头的密封渗漏是较少发生的故障。 泰勒炉水泵电机的导电头“O”型密封圈阻流圈，出厂装配位置偏移，有微 渗漏现象发生，处理后得以解决。KSB 的导电头绝缘杆开裂也会造成渗漏。 第⑨类叶轮及扩散器故障 该故障一般是由于推力轴承或导轴承严重损坏，造成叶轮和扩散器严重磨 损，电机堵转。
与电机结合成一整体，电机在下面泵在上，避免在电机内部聚集气体，减少 气体对绕组和水润滑轴承的危害。 2. 泵与电机之间采用无轴封结构，淘汰了轴封结构。 3. 泵体与电机是被分隔的两个腔室，中间虽有间隙不设密封装置使压力可以贯 通，泵体和电机腔是等压的，但泵体内的高温炉水（300℃以上）与电机腔内 的水（65℃以下）是不同的水质，正常运行时两者是互不交换的。 4. 电机运行时，转子带动小叶轮产生内循环动力，电机腔内的水通过外置的高 压冷却器的热交换，使腔内的水温保持在 65℃以下，当电机停机内循环动力 消失，高压冷却器基本失去热交换功能。 5. 有些炉水泵电机的定子可从机壳内抽出，有利于电机检修和备件的制造。 6. 采用水润滑轴承，很大程度的简化了炉水泵轴承的结构，使用寿命和可靠性 均不低于油润滑轴承。 7. 采用了耐温耐压的湿定子绕组线，改善了绕组冷却条件，提高了电机效率。 8. 为了保证炉水泵电机的冷却，设置了高压循环冷却系统和紧急注水冷却系统。 9. 由于电机采用的交联聚乙烯绕组线和水润滑轴承都不能承受高温，所以炉水 泵电机运行温度必须控制在 65℃以内。 自 20 世纪 80 年代我国从国外引进炉水循环泵电机以来，国内的炉水循环泵 电机基本是由英国泰勒公司、德国 KSB 公司、日本酉岛公司、日本富士公司和 哈尔滨电机厂提供。其中日本酉岛和哈尔滨电机厂（仅为 200kW）采用的是德 国 KSB 公司技术，而日本富士采用的是英国泰勒公司的技术。现以国内发电厂 中使用的英国泰勒、德国 KSB 公司的炉水泵电机为基础对其结构特点分析如下， 首先简单介绍国内电厂常用炉水泵电机的结构，图 1 为炉水循环泵电机内冷却回 路，图 2 为英国泰勒公司的结构，图 3 为 KSB 公司的结构。
6
100%
故
障
出 80% 现
的
65%
概 率 60%
46%
·
40%
32%
20%
8% 4% 4% 3% 2% 2%
0%
电
推
导
转
电
气
力
轴
子
机
绝
轴
承
故
内
缘
承
故
障
流
故
故
障
道
障障
堵
安端导叶 装盖电轮 操密头和 作封密扩 不渗封散 当漏渗器
塞
漏故
障 注：以上统计是按故障现象出现频率计算的，同一台炉水泵电机可能有不同的故障现象，因
第③类导轴承的故障 导轴承的故障现象和原因大部分与推力轴承相似，泰勒公司采用的分块式导 轴承问题相对多一些，导瓦是由金属母体和塑料瓦块粘接，经常发生塑料瓦块和 金属母体开裂、脱落现象。导瓦外圆有一个凸块，凸块顶在导轴承座的支撑圈， 长期运行后在支撑圈上压出一个凹坑，最深时能达到 1mm，严重时造成定转子 扫膛。 第④类转子故障 1.转子轴为细长轴，叶轮档与泵侧导轴承距离较长，转子轴刚度不足也会发 生轴弯。2.定转子采用开口槽，长期运行造成转子汽蚀，定转子气隙超标，严重 时会导致定转子相擦。3.国产炉水泵电机转子平衡护环，由于公差配合的紧量不 够，运转中在电动力的作用下发生轴向窜动，撞击“C”型轴用挡圈，致使挡圈 断裂成数段，并划伤端部线圈。 第⑤类电机内流道堵塞 主要发生在超临界炉水循环泵上，炉水泵位于整个锅炉的最低处，由于炉水 泵仅在机组启动时和停机时使用，长期处于静止状态，大量的炉垢和杂物堆积在 电机的热屏上，由转子轴与热屏的间隙掉入电机腔内，随着电机内循环水流动堵 塞过滤器和电机内流道，引起电机运行温升高，严重时会导致电机缺水运行，造 成轴承严重损坏。 第⑥类安装操作不当 炉水循环泵在安装时必须严格按照说明书要求实施，对电机吊装、主螺柱的 紧固、水质、注水方式、流量、阀门的操作等都有详细的规定。安装不当可能会 发生以下问题：1. 炉水循环泵泵壳与电机热屏法兰面渗漏。2.叶轮和电机转子变 形。3.扩散器口环变形，4.严重时推力轴承座受损。
② 绕组线绝缘局部疵点； ③ 过热变形； ④ 泰勒公司槽内没有槽楔绕组线，振动
易磨损绝缘。
3
① 大部分发生在备用泵停转状态，高温 严重烫坏定子绕组线、绕组线的 炉水长期渗入；
绝缘变形呈多边形断面状，表面 ② 不排除下端盖密封有微渗漏现象；
PA 层呈粉状脱落，PE2 绝缘层粘 ③ KSB 泵发生较多；
导致绝缘电阻下降。
绝缘
5
采用后装式结构，当定子从
5
高压 密封 引出 接头
机壳中抽出时无须剪掉高压密封 接头。采用径向密封圈密封，密 封性能的高低完全靠工艺和材质 得以保证，引出后的接线端子采 用包绕外绝缘，绝缘电阻不因天
采用前装式结构，接头靠轴向 密封圈由螺帽压紧，在总装配时可 以调整，但是引出接线柱外面，装 有的绝缘套管，受天气湿度影响， 阴雨天绝缘电阻容易下降。
1
图 1. 炉水循环泵电机内冷却回路 2
图 2 泰勒炉水循环泵结构图
3
图 3 德国 KSB 炉水循环泵结构图
4
技术 特点
英国泰勒公司炉水循环泵
德国 KSB 公司炉水循环泵
1
热屏
热屏无低压冷却系统。热屏 的屏颈长度较长，由空气自然冷 却，系统较简单、可靠。
热屏有低压冷却水系统，热屏 的屏颈长度较短。
定子硅钢片铁芯直接压装在 压力容器外壳中，没有隔水层形成 的热障，因此部分热量由高温泵壳 传递到电机外壳，最后传到铁芯和 绕组线。
层水流带走热量。
①二平面绕组，端部冷却水易流 动，冷却效果好，端部热量易散 发，但绕组为整距绕组，磁势的 谐波分量高。
①亚临界电机采用交迭短距结构 绕组，端部冷却效果差，工作时线 圈的热量不易散发，端部易产生局 部过热，磁势谐波分量低。 超临界电机采用三平面绕组。
由于炉水泵循环泵电机运行环境恶劣，易发生故障。早期炉水循环泵电机有 屏蔽式和湿定子两种结构，屏蔽式电机存在绕组冷却困难，屏蔽套易碎、膨胀、 翘曲、现场修复难等问题和电机效率低的问题。目前炉水泵电机采用湿定子结构 可避免上述问题，得到了广泛的应用。湿定子的电机结构特点如下： 1. 泵的叶轮和电机转子装在同一主轴上，置于相互连通的密封压力壳体内，泵
5
绕组绝缘电阻下降，受气候影 KSB 泵此现象较多，导电接头的外绝缘套 响，擦干净密封导电头，烘干后
绝缘电阻又能回升。
管为塑料件，耐气候性能差。
6
导电头连接电缆缠绕或与转子 ① 连接电缆过长；
相碰磨损绝缘直至绝缘为零
② 连接电缆固定不当；
③ 6KV 泰勒泵检修时操作不当造成。
7
① 上导轴承螺栓或破碎的瓦块掉入电 机定子中，造成电机定转扫膛，线圈
炉水循环泵电机的结构特点及故障分析
姚荣祥
炉水循环泵是锅炉系统中承受高温高压的一种无轴封特种水泵。一般用于强 制循环炉、直流循环炉和控制循环锅炉的系统中，因具有起机快、控制灵活等优 点。自 1959 年第一台 200MW 的强制循环炉在英国 High Marnham 发电厂投入运行， 至今已发展了五十多年。当前世界较发达国家火电 300MW 以上电站锅炉大部分采 用炉水循环泵，并已用于核电厂。 一、炉水循环泵电机的结构特点
不易装配。
易达到要求。
８
过 滤 器
采用内置式过滤器，滤网面 积大，不易堵塞。但清理困难， 电机必须解体才能取出清理。
亚临界电机内无过滤器。而超 临界电机有内置式过滤器，可不解 体电机取出，但滤网面积小，易堵 塞。
9
转子 组件
转子采用闭口槽结构，减少 转子气蚀。转子轴热屏段较长， 且直径较小，易弯曲。