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火电厂汽机给水泵断轴原因分析及措施王振中

发表时间：2021/8/11 来源：《电力设备》2020年第34期作者：王振中

[导读] 摘要：汽机给水泵作为火电厂发电机组的重要辅机，对保障机组的安全经济运行至关重要。

        （国家电投大连发电有限责任公司辽宁省大连市 116035）
        摘要：汽机给水泵作为火电厂发电机组的重要辅机，对保障机组的安全经济运行至关重要。给水泵轴突然断裂是一种少见的严重设备故障，本文通过对某电厂断轴样品的试验检测，对汽机给水泵主轴断裂原因进行了全面分析，并提出了相关预防措施和建议。
        关键词：火电厂；汽机给水泵；断轴原因；分析；措施
        1概述
        2012年12月，某发电厂#2机B给水泵发生泵轴断裂故障，泵轴非驱动端推力瓦和推力盘磨损烧毁，驱动端联轴器和液力耦合器顶死，故障给锅炉正常运行带来了不良影响。为查明泵轴断裂原因，防止同类事故发生，制定切实可行的预防措施，保证机组安全稳定运行，根据资料及试样对给水泵断轴原因进行了相关的试验检测化验。
        2设备基本情况
        该给水泵为双壳体多级卧式离心泵，转速5357r/min，轴功率4524kW，轴承形式为瓦块式推力轴承＋滑动轴承。事故发生时，给水泵轴转速由4819r/min突升至6040r/min，给水泵的电流由430.42A上升至563.93A，推力瓦的温度由68℃上升至220℃，给水泵的振动由80.12um上升至212.7um左右。根据资料，给水泵轴材料为17-4PH(0Crl7Ni4CuNb)，该材料为典型的马氏体沉淀硬化钢，固溶处理后的室温组织应为马氏体，17-4PH的化学标准成分及力学性能见表1，2。

表1泵轴材料化学标准成分表

        表2泵轴材料力学性能表
        3试验分析
        3.1断口宏观形貌分析
        给水泵轴从叶轮键槽处断裂后分为两截，断裂部位宏观形貌如图1，2所示。为非驱动端断轴形貌，断裂处直径约为95mm，断裂处键槽上部宽度为12mm，深度为5mm，长度约33mm。断裂处宏观检查发现裂纹两处，裂纹1长度为45mm，深度约为12mm，裂纹开口宽度为5mm；裂纹2长度为30mm。如图1，2所示。

图1给水泵轴断裂宏观形貌

图2给水泵轴非驱动端

        图3给水泵轴断口宏观形貌
        从断口看，轴断裂时没有塑性变形，断面几乎与轴垂直，呈脆性断裂特征。整个断面分为三个区域，即疲劳源，疲劳裂纹扩展区、最终断裂区，断面各部位金属表面颜色差异不明显，无机械损伤及表面氧化痕迹。疲劳源位于泵轴键槽侧边及端角部位，扩展区占据断面绝大部分的面积，最终断裂区位于疲劳源对侧偏向逆旋转方向位置。断面疲劳源处存在明显的贝纹线，且贝纹线以键槽侧边为源呈凸起弧状向轴心逐渐扩展，表明此部位承载了交变应力幅度变化或载荷停歇等原因。终断区有明显的平台，所占面积较小，说明轴无过载或过载很小，如图3所示。
        综合以上分析，可认为引起该转轴断裂的裂纹起始于轴键槽侧边应力集中部位，整个断口呈现疲劳断裂特征。断裂面附近与其平行的另外两处裂纹深度不深，从轴表面向主断裂面倾斜发展，从断面形貌和开裂方向判断，是受到转轴断裂后从叶轮中拔脱时的局部弯曲应力而形成的。
        3.2材质成分分析
        采用SPECTRO手提式射线荧光光谱仪器对泵轴断裂面进行光谱分析，分析结果表明该轴主要合金元素含量符合17-4PH(0Crl7Ni4CuNb)标准化学成分范围要求，结果见表3。

        表3光谱分析结果（质量分数）%
        3.3硬度检测
        采用TH160型里氏硬度计对轴断面及光杆部位进行硬度检测，结果见表4。

        表4给水泵轴断面及光杆部位硬度测试结果
        从测试结果看，轴硬度符合17-4PH(0Crl7Ni4CuNb)钢经固溶＋时效处理后力学性能要求。
        3.4金相检验
        对泵轴断面上取下的试样进行金相组织检验，结果显示泵轴组织基本附合要求，为回火马氏体+岛块状δ铁素体组织，δ铁素体组织含量低于10%，但铁素体区域分布及大小欠均匀，少数区域铁素体有呈网状分布的趋势。
        4结语
        1）加强设备加工成品标准的验收和工艺控制，对原材料进行严格的入库检验。2）利用停机机会对同型号给水泵的芯包进行返厂做动平衡，避免设备在运行期间因平衡不好造成的振动。3）加强机组其它给水泵运行过程中巡检力度，对有异常声响和振动的设备及时安排进行检查和维修。4）加强对此类转动设备制造及安装质量的监督检验力度，择机对其它相同型号给水泵轴键槽与键之间配合间隙进行检查，严格控制间隙误差。
        参考文献
        [1]刘志东.浅谈火力发电厂汽机辅机优化经济运行[J].价值工程,2019,38(31):104-106.
        [2]胡为杰.试论火电厂汽机运行中常见问题及解决措施[J].科技资讯,2019,17(02):74-75.