FAID53型气泵前置泵轴向窜动的原因分析及处理

FAID53型气泵前置泵轴向窜动的原因分析及处理摘要本文通过分析前置泵的运行工况及轴承安装情况，根据FA1D53型气泵前置泵运行中轴向窜动量大的可能的原因，逐一分析，最后提出了正确安装和调整双列圆锥滚子轴承轴向游隙的办法，获得了良好的效果。关键词前置泵轴向窜动圆锥滚子轴承轴向游隙新疆天山电力股份有限公司7、8号汽轮机组为上海汽轮机厂生产的K156型300MW机组，其汽动给水泵前置泵为FA1D53型水平中分、单级双吸蜗壳式泵，由上海电力修造总厂生产，前置泵主要技术参数见表1。该泵在驱动端配有N315型圆柱滚子轴承一副，非驱动端配有面对面安装的30314圆锥滚子轴承两副，前置泵正常运行中轴向窜动量为0.12mm~0.30mm。自7、8号机组投运以来，前置泵运行中都存在一些的问题，比较突出的是泵在运行中轴向窜动明显，尤其是在机组负荷180MW时，泵的轴向窜动量高达2mm之多。伴随着前置泵轴向窜动大，轴承发热、机械密封刺水等问题相继产生，严重影响了机组的安全经济运行。一、轴向窜动原因给水泵前置泵转子的轴向推力主要由泵的双吸结构来平衡，剩余不平衡力由自由端的轴承来承担。对于离心泵来说，轴向力主要是由叶轮两侧泵体不对称和叶轮内流体方向改变所产生的反作用力引起的，其他部分只占其中很小的因素，可以忽略不计。从7、8号机四台前置泵的运行情况来看，该泵在高负荷时，轴向窜动并不明显，反而是在低负荷时轴向窜动较大，这个现象说明前置泵的结构并不是泵轴向窜动大产生的主要原因。在低负荷状态下，过大的叶片宽度会使叶片入口流速过低，易产生涡流及脱流等不稳定流动状态,从而造成入口回流，如图一中（a）所示。入口回流是叶轮入口处产生的回流，会在叶轮入口处的上游产生一股旋转的环状液流，其核心是与泵输出流量对应的轴向流，该回流会造成叶轮内的压力分布不均匀，并且极不稳定，从而产生不稳定的轴向推力。出口回流则是在叶片出口末梢的逆向流。回流的逆向流从叶片系统回流并以低压排回叶轮，即涡旋与旋转的方向相反,如图一中（b）所示。由蜗壳回流的流体则进入叶轮盖板和靠近泵壳壁的外部空间，造成叶轮反向的轴向推力。在实际运行中，这个回流是不稳定的,对叶轮的反向作用力也是波动的，并且不总是作用于叶轮的同一侧，造成其产生的轴向力是来回波动的，这就是前置泵在180MW负荷时轴向窜动大的原因。虽然泵的轴向推力在180MW负荷时会出现增大的现象，但该型泵在自由端采用两副面对面安装的圆锥滚子轴承作为推力平衡装置，可根据自由端轴承外圈温度判断圆锥滚子轴承是否起到平衡推力的作用，表2是7、8号机四台泵在300MW、180MW负荷下自由端轴承温度情况。从表2中可以发现，在机组300MW负荷与180MW负荷时，自由端轴承温度变化比较明显，每台前置泵自由端轴承温度都有升高，却不尽相同。这就充分说明平衡推力装置起到了平衡轴向推力，限制轴向窜动的作用，但是却没有效地将泵的轴向窜动量限制在正常范围内。从7号机A级检修更换下来的轴承检查发现，7-1前置泵自由端轴承轴向油隙1.02mm，7-1前置泵自由端轴承轴向油隙0.85mm，前置泵圆锥滚子轴承的轴向油隙严重超标，而轴承各个部件无磨损痕迹，转动灵活无异音，这就说明圆锥滚子轴承的初装存在着一定的问题。二、解决轴向窜动问题的措施要解决前置泵轴向窜动的问题，在不改变前置泵转动组件和泵体的前提下，就得解决面对面配对圆锥滚子轴承的安装问题。配对圆锥滚子轴承是由两套圆锥滚子轴承和外隔圈组成，具有结构简单，组配灵和的特点，它的安装和调整主要包括以下三部分：1.若轴承外圈与轴承室有间隙，运行中会造成轴承与轴承端盖和轴承室内腔磨损，轴承端盖与轴承端面的间隙不断变大，导致泵在运行中发生明显的轴向窜动。若轴承内圈与轴有间隙，轴承工作过程中发热后，内圈与轴的间隙增大，导致轴与轴承内圈发生相对运动，造成轴承磨损。测量圆锥滚子轴承外圈与轴承室之间应有0~0.02mm的过盈配合，圆锥滚子轴承内圈与轴之间应有0~0.03mm的过盈配合。2.如果轴承压盖与轴承外圈的配合存在间隙，即便在短期内不会发生轴向窜动过大的现象，长期运行下，频繁的轴向窜动会引起轴承外圈与端盖频繁碰撞，轴承平衡推力的作用越来越弱，最终导致前置泵轴向窜动量大。测量轴承室深度（H1）、两个圆锥滚子轴承外圈厚度（C1、C2）、中间隔离圈厚度（C3），轴承压盖的止扣高度（H2）的方法通过计算得出。即轴承端盖与轴承紧力驻H=C1+C2+C3+H2-H1，通过在轴承压盖和轴承外圈之间加合适的垫子使得ΔH必须不小于0.03mm。3.若双列圆锥滚子轴承轴向游隙过小，在运行中会造成前置泵轴承发热；若轴向游隙过大，势必造成前置泵运行中轴向窜动量大。为保证前置泵的轴向窜动正常，同时自由端轴承温度正常，需要通过调整外隔圈将配对轴承的轴向游隙调至0.15mm~0.25mm之间。如图2所示。轴承的轴向游隙为：啄A=（C1+C2+C3）-（T1+T2）。但配对的圆锥滚子轴承的轴向游隙啄A为一封闭环，变化范围较小，若是照公式啄A=（C1+C2+C3）-（T1+T2）计算，需要测量五个数据，这样所计算出来的数据误差较大。因此，我们按图三所示做整体测量。首先，将外隔圈去掉，在上部轴承加上一载荷块，让表尖对在载荷块上平面中部，消除轴承端面跳动对测量的影响，转动上部轴承外圈，使上、下轴承的滚子与内、外滚道基本完全接触，并将测量表对零位，然后将轴承移出测量区域。装入分选的外隔圈，再次加上载荷块，让表尖对在载荷块平面中部，记录表的读数，测量出基本轴向游隙值啄A´。将下部轴承取出，测量出如图三所示其正、反测量时装配宽度的差值啄T。配对轴承的实际轴向游隙啄A=啄A´+啄T，与标准值比较根据超出的数值，调整外隔圈的宽度，配出符合要求的轴向游隙。在采用上述测量和调整方法后，双列圆锥滚子轴承能有效地起到平衡前置泵推力的作用，解决了前置泵轴向窜动大的问题，使得前置泵正常运行时间延长，检修频率减小。三、结束语该前置泵由于过多的考虑抗气蚀性能，使其在低负荷运行时易发生回流，从而造成轴向推力过大。由于前置泵的自由端轴承安装调整工艺不当，使轴承无法有效地平衡轴向推力，从而导致前置泵发生轴向窜动。尽管无法在结构上对该型泵进行改变，杜绝其在低负荷产生轴向窜动，但是通过准备调整前置泵自由端的圆锥滚子轴承的轴向游隙，能够有效地防止轴向窜动过大，确保前置泵的长周期、安全运行。