立式多级离心泵水力部件组装工艺优化浅析

立式多级离心泵水力部件组装工艺优化浅析

林嘉辉王渊东郝一飞

（福建宁德核电有限公司机械部福建宁德352000）

摘要：对立式多级离心泵常见缺陷原因及水力部件传统组装工艺进行分析，指出两者关联及不足，提出不改变设计前提下，优化组装工艺，缓解普遍存在的水导轴承严重磨损、泵轴弯曲变形等问题。实现提高设备健康水平，保证设备运行稳定性和可靠性，同时为电站持久运行和发电量最大化奠定坚实基础。

关键词：立式多级离心泵；常见缺陷；原因分析；水力部件；组装工艺；优化

某电站低压加热器疏水泵（简称ACO泵）是典型的立式多级离心泵，本文以ACO泵为例进行论述和分析。据不完全统计，在装的8台ACO泵进行了20次全检，其中预防性17次、纠正性3次（均发生在功率运行期间，需降功率处理），发现水导轴承磨损或严重磨损13次、泵轴弯曲变形4次、动静部件间隙超标4次，均属于严重缺陷。以缺陷类型为切入点，结合当前的水力部件组装工艺，进行简要原因分析。最后，提出立式多级离心泵水力部件组装工艺优化建议，以降低上述缺陷出现频率，减少设备损坏风险，提高电站安全水平和经济水平。

1.立式多级离心泵水力部件结构特点

1.1.导叶壳体

导叶壳体有两大主要部件，一是导叶壳体和中间接管段，二是级间水导轴承和中间接管段水导轴承。导叶壳体和中间接管段将泵转子包容在其中，泵轴从中心穿过。导叶壳体和中间接管段有同轴度要求，目前绝对大多数设计是止口定位，保证装配后的同轴度，但微观上因止口配合公差而存在一定不同轴度。在导叶壳体内设有多个水润滑导轴承（简称水导轴承），主要布置在每级叶轮间、每段中间接管段内。

1.2.转子

转子有两大主要部件，一是叶轮，二是泵轴和水导轴承轴套。多级叶轮同向排列，各叶轮之间靠水导轴承轴套分隔和定位，键连接、冷态安装。一般情况下，立式多级离心泵有两根轴，轴之间采用套筒联轴器连接，保证同轴度。水导轴承轴套安装在各级叶轮之间，与叶轮共用键，也是冷态安装。

2.常见缺陷与传统组装工艺

2.1.常见缺陷

2.1.1.水导轴承磨损

水导轴承直接承受转子径向力，泵运行时一直与轴套摩擦，往往会出现过度磨损，甚至严重磨损，是出现频率较高的缺陷。水导轴承磨损速率超过预期，则被迫停运检修，可能造成颠覆性损坏。目前出现此类缺陷均直接更换，未进行深入原因分析和考虑缓解、优化方案。

2.1.2.泵轴弯曲变形

泵轴需测量其弯曲度或径向跳动，若存在超标，在高速旋转时会产生一个不平衡力，在不平衡力作用下转子会出现非预期弹性变形。当弹性变形量比动静部件间隙大，就发生碰磨，久而久之产生塑性变形，令碰磨进一步加剧，形成恶性循环。虽此缺陷发生率不高，但造成的后果非常严重，难在短期内修复。对于径向跳动超标，目前的处理方案是更换新泵轴或进行校直，未进行深入原因分析和考虑缓解、优化方案。

2.1.3.振动异常

立式多级离心泵组振动异常也是时常发生的缺陷，而泵组振动异常往往是结果，需要进一步查找原因。虽然泵组振动异常的原因有很多，但其中一大类原因是泵轴径向跳动超标、水导轴承磨损，而且此类原因相比其他原因具有隐蔽性强、处理难度大、处理工期长、后果严重的特点。

2.2.水力部件传统组装工艺

2.2.1.动静部件间隙测量与控制

立式多级离心泵控制口环间隙保证容积效率、控制导轴承间隙来限制转子的空间位置同时保证泵组振动在允许范围内。因水导轴承及轴套相对于口环来说是易损部件，同时考虑更换成本更低，设计上导轴承间隙比口环间隙小。另，各级口环间隙一致、各级导轴承间隙一致。在ACO泵全检时会逐级测量计算口环间隙和导轴承间隙，如不合格则进行处理。虽对各级口环间隙和导轴承间隙控制在标准范围内，但并没有通盘考虑各级差异，忽视了泵的多级性、整体性，也未考虑存在止口间隙，为常见缺陷的出现埋下伏笔。

2.2.2.传统组装工艺

因立式多级离心泵外形细、长，水力部件采用卧式组装方式。组装止口定位部件时，对好止口后立即紧螺栓，未考虑重力作用下止口落在最低点，从而造成两个部件不同心。由于数量较多，每个止口均有存在间隙，微观上不同心就会累积至一个较大的程度。传统的紧螺栓方式是对称、均匀，未要求紧固起始点和顺序，也没有预紧固，对于重量较大的部件，微观上存在结合面不平行。不同心和不平行是常见缺陷出现的另一个伏笔。

2.3.常见缺陷原因分析

针对水导轴承磨损、泵轴弯曲变形这两种常见缺陷，从理论和实际机械维修经验出发，结合其结构特点，发现原因主要有：①导轴承间隙粗放式控制；②止口定位部件不同心和不平行；③泵轴径向跳动客观存在；④部件非预期受热膨胀和受力变形；⑤水导轴承材质选型不当。上述原因往往非单独存在，而是相互诱发、相互影响，并形成恶性循环。例如某一级水导轴承承受过大的径向力和局部受力，引发局部发热、受热膨胀，动静部件间隙变小，泵轴在高温和摩擦的作用下，弹性变形最终变成塑性变形，反过来令水导轴承承受更大的径向力和更严重的局部受力。

3.水力部件组装工艺优化

3.1.总体优化原则

上述原因①和原因②是检修因素、原因③是设备固有特性、原因④属于中间过程而非最终结果、原因⑤是设计因素。作为设备的最终用户和检修单位，尝试从原因①和原因②入手进行分析和优化，不但立竿见影，而且无需投入额外的资源，能达到最优的投入产出比。针对原因①，优化方向是宏观上将水力部件还原成一个整体，通盘考虑所有动静部件间隙，进行精细化控制。针对原因②，优化方向是控制客观因素，避免其不良影响，同时消除传统卧式组装工艺存在的弊端。

3.2.动静部件间隙控制优化

目前对动静部件间隙的控制方式十分粗放，仅满足基本标准需求，没有考虑间隙不均匀而可能产生的次生危害。精准控制各级水导轴承间隙，将间隙控制在允许范围的中间值，同时令各级水导轴承间隙不存在较大偏差。另，理论上口环处不会发生动静碰磨，但当水导轴承严重磨损后，口环也会动静碰磨。所以，也需要对口环间隙控制进行优化，控制优化的方式与水导轴承相同。

3.3.组装工艺优化

对传统组装工艺的优化，目的是令部件之间有接近理想的同心度和平行度。首先要完成两点：①测量部件配合止口的尺寸；②测量止口凸台和凹坑径向跳动。这两点在目前立式多级离心泵全检时往往被忽视。

优化后组装工艺主要步骤是：①将起始的部件用枕木垫平，穿在其中的泵轴也需放置水平；②将下一个部件尽可能水平穿入泵轴，与上一止口对好后，立即装上结合部位全部螺栓、螺母；③按优化的顺序对螺栓、螺母施加预紧力；④在两个部件装上自主研发的止口同心度调整专用工具，利用调整顶丝将同心度调整至接近理想的状态；⑤以最终力矩对称、均匀、分次地把紧全部螺栓、螺母；⑥以此类推，组装后续的部件，直至水力部件组装完成。优化后的组装工艺，关键在于第③、④点，也就是采取了有效手段最大限度地保证了部件的同心度和结合面的平行度。

4.结束语

现代商运电站中，立式多级离心泵与机组可用性、发电量直接相关。对水导轴承磨损、泵轴弯曲变形等缺陷进行资料收集和信息整理，准确找到原因，发现其中两个与检修关键点控制和检修工艺直接相关。减少出现次数的需求非常迫切，积极主动地从这两个原因着手研究，提出切实可行的优化工艺。提高设备的可靠性、保证设备的可用性，降低备件的消耗，为电站带来巨大经济效益，同时为同类设备缺陷处理提供宝贵经验。

参考文献：

[1]管荣国，低加疏水泵设备运行操作与维修手册（EOMM），上海：上海凯士比泵有限公司，2012

[2]司洪超，低加疏水泵（ACO）设备运行与维修手册，沈阳：沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司，2017