大型电厂循环水泵的技术改造

       一、前言
       国投北部湾发电有限公司（以下简称北海电厂）是中国国投集团公司在广西北海兴建的一座大型海岸燃煤火力发电厂。两台320MW汽轮发电机始建于2003年，1#机组于2004年11月投产发电，2#机组于2005年3月投产发电。两台机组的循环水系统共配4台1600KLA-16型立式、转子可抽式斜流泵。四台循环水泵的电厂内部编号分别为1A、1B、2A、2B。按设计，四台循环水泵为汽轮发电机组提供冷却水源。热季（4～11月）四台循泵同时运行，能满足两台汽轮发电机组的冷却需要；冷季（12～3月）三台循环水泵同时运行，能满足两台汽轮发电机组的冷却需要。
       1600KLA-16型泵主要由泵壳体部件和可抽部件组成。泵壳体部件由吸入喇叭口、外接管、安装垫板、泵支承板、吐出弯管组成。可抽出部件由叶轮室、叶轮、导叶体、主轴、润滑内接管、轴承支架、套筒联轴器、泵联轴器、电动机联轴器、赛龙导轴承、轴套、泵盖、导流片等组成。可抽部件中叶轮、主轴、轴套、联轴器是旋转零件。
泵体主要零部件材质见表1，泵机组主要技术参数见表2。
       
       北海电厂4台循环水泵自2005年投产运行以来，循环水泵运行不稳定，振动超标是主要问题，进行了多次检修和调整，但循环水泵运行振动超标始终没有解决，成为电厂安全运行生产的薄弱环节，需要对循环水泵进行大的技术改造。
       改造后需达到以下目的：
       1、不改变原泵的基础、联接管路、配套电动机。
       2、延长泵的大修周期，由原来的2年增加到4年。
       3、消除水力不平衡等原因引起的转动部件晃动、出力不足、效率低下等异常缺陷，改造后电动机振动要求＜0.04mm，泵体振动＜0.03mm。
       二、现存缺陷
       通过对北海电厂循环水泵房运行现场进行调查，并和北海电厂循环水泵运行、维修人员座谈，得知循环水泵每次维修后两年内，循环水泵运行出力正常，两年后逐步出现泵机组振动增加、声音异常现象，一旦出现此种现象，就要对泵进行维修。而每次维修检查时发现：导叶体部位的赛龙导轴承、轴套磨损严重，赛龙导轴承表面有龟裂现象，叶轮外缘磨损，叶轮室也有磨损现象，导叶体材质出现碳化现象。
       北海电厂循环水泵制造主要使用HT200Ni2Cr合金铸铁、07Cr17Ni12Mo2奥氏体不锈钢。非加工表面涂以耐海水腐蚀的保护漆，循环水泵检修时发现，保护漆表面完好，没有腐蚀现象，但有些加工表面却腐蚀严重，配合表面间隙加大，严重影响循环水泵安装精度。
       循环水泵配套电动机冷、热季运行时，电流变化不大，达不到预期的低电流目的。
       三、缺陷原因
       从1600KLA-16型泵结构图上得知，该循环水泵轴有3段，共布置4个赛龙导轴承，叶轮上端的赛龙导轴承离上一个赛龙导轴承的间距较远。在正常情况下，循环水泵运行产生的振动主要是叶轮转动引起的，所以叶轮上部这个赛龙导轴承负载最大，磨损最严重。
       北海电厂地处北回归线以南，一年四季海水温度较高，所以海生物繁殖较快，而且海水中含砂也较多，颗粒硬度高，这些因素也加剧轴套与导轴承之间的磨损。
       1600KLA-16型泵是双基础安装结构泵组，从泵进水喇叭口到电动机顶部有19m多，从泵基础到进水喇叭口有11m长，而这一细长部分是悬挂在泵基础之下，中间没有支撑，所以稳定性较差，容易引发循环水泵运行振动。
       HT200Ni2Cr合金铸铁是一种经济的耐海水材料。但此种合金铸铁使用时有个特点，即合金铸铁的铸造表面耐海水腐蚀能力较强，但加工表面耐海水腐蚀能力却较差。因为铸铁加工表面有很多碳颗粒，这些颗粒在海水中能加快金属材料的表面腐蚀。如果加工配合表面是两种性质差别较大的材料，如合金铸铁与奥氏体不锈钢之间的配合面，就更容易发生海水腐蚀破坏。因为海水是电解液，而两种不同性质的金属材料，它们各自的电位不同，电位不同就有电位差，这微小的电位差在电解液中就形成微电流，这就形成了海水对金属材料危害很大的一种电化学腐蚀现象。循环水泵配合表面腐蚀以后，定位误差加大，定位误差增加到一定程度后，循环水泵运行的振动也增加，导致轴套与导轴承之间磨损加快，而轴套与导轴承的磨损又加大了循环水泵的运行间隙，这样又引发循环水泵的更大振动，造成循环水泵停工检修。
       1600KLA-16型泵是参照国内20世纪80年代普遍采用的ML350-500水力模型设计的，各种性能指标一般，流量－效率曲线狭窄，流量－扬程曲线陡降，在北海电厂循环水系统中使用有些局限性。
       四、改进措施
       循环水泵叶轮部位的赛龙导轴承和轴套负载大，容易发生磨损破坏，要降低此赛龙导轴承和轴套的磨损，应在此赛龙导轴承不远处即导叶体上部再设置一个赛龙导轴承，分担下赛龙导轴承负载，延长赛龙导轴承的使用寿命。
       循环水泵细长的泵体悬挂在泵基础之下，循环水泵运行时极容易发生泵体左右晃动现象，为了增加泵体的稳定性可在泵体的下部加设一径向支撑，限制循环水泵运行的摆动，降低循环水泵运行振动值。
       合金铸铁与奥氏体不锈钢之间因电位不同，在海水中容易产生电位腐蚀，解决这一问题的办法就是在这两种材料的配合面加一层绝缘材料，阻止它们之间的电流流动。具体方法是在导叶体与外接管的配合面、在两轴承支架与外接管的配合面加衬一层丁腈橡胶，加衬橡胶后，再按原尺寸进行机加工，保证原零部件之间的联接精度。
       水力模型和生产产品的开发和优化。首先对现有的水力模型进行汇编，筛选出好的水力模型，用CFX软件对该模型泵内水流全过程进行分析总结，测算出泵内流场速度、压力分布及变化，根据每组变化的数据进行分析判断，找出不合规律的数据，再进行优化设计，优化设计完成后，再用CFX软件分析修改，然后交付生产进行模型制作验证，得到更好的水力模型。SM350-550型模型泵就是用这种方法研制出来的，其测试数据见表3，换算至北海电厂循环水泵性能见表4。
       
       用SM350-550型模型泵改造后，泵体尺寸与原1600KLA-16型泵可以相配。泵的外壳可以不用修改，而且导叶体将用奥氏体不锈钢焊接，又解决了原导叶体在海水中出现碳化的缺陷。
       五、结语
       国投北部湾发电有限公司主循水泵通过结构改进，选用新的材质，使用最先进的水力模型，配以先进的加工装备及加工工艺保障，可以减小振动，延长大修期，降低维护成本，增大出力，提高效率。