爐水循環(huán)泵電機(jī)結(jié)構(gòu)原理及檢修方法、常見(jiàn)故障處理培訓(xùn)教案

1、技術(shù)講課教案主 講 人：張輝技術(shù)職稱：電氣工程師 所在崗位：電氣一次點(diǎn)檢講課時(shí)間：2009年7月29日 技 術(shù) 講 課 教 案培訓(xùn)題目：爐水循環(huán)泵電機(jī)結(jié)構(gòu)原理及檢修方法、常見(jiàn)故障處理培訓(xùn)目的：爐水泵電機(jī)是大型發(fā)電廠強(qiáng)制循環(huán)鍋爐、加速鍋爐的強(qiáng)制水循環(huán)，提高鍋爐熱效率的關(guān)鍵設(shè)備，可以說(shuō)是強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的心臟。由于爐水泵直接參與鍋爐的高壓、高溫水循環(huán)，工作條件十分嚴(yán)酷、工作性質(zhì)又十分重要，如何提高爐水泵，特別是爐水泵電機(jī)的可靠性對(duì)電廠安全運(yùn)行有十分重要的意義。爐水循環(huán)泵電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較特殊，檢修方法與通常的電機(jī)存在很大差異，通過(guò)對(duì)爐水循環(huán)泵電機(jī)結(jié)構(gòu)原理及檢修方法、常見(jiàn)故障處理等相關(guān)知識(shí)的介紹，使電氣一次

2、點(diǎn)檢人員掌握爐水循環(huán)泵電機(jī)結(jié)構(gòu)原理、特點(diǎn)、檢修方法、常見(jiàn)故障原因及處理方法。 內(nèi)容摘要：爐水循環(huán)泵電機(jī)結(jié)構(gòu)原理及檢修方法、常見(jiàn)故障處理等相關(guān)知識(shí)介紹。培訓(xùn)內(nèi)容：一、 鍋爐爐水強(qiáng)制循環(huán)泵發(fā)展簡(jiǎn)介大型發(fā)電廠亞臨界參數(shù)鍋爐一般有直流爐、自然循環(huán)爐、復(fù)合循環(huán)爐、強(qiáng)制循環(huán)爐，以直流爐和強(qiáng)制循環(huán)爐兩種較為普遍，各有特點(diǎn)。直流爐結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，鍋爐工質(zhì)的循環(huán)是自然循環(huán)，沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件維護(hù)保養(yǎng)較為簡(jiǎn)單，而且發(fā)展歷史較早。50年代初英國(guó)中央電力局（c.e.g.b）首次發(fā)明強(qiáng)制循環(huán)爐的關(guān)鍵設(shè)備鍋爐循環(huán)泵，當(dāng)時(shí)使用的最大機(jī)組幾乎都是3萬(wàn)和6萬(wàn)千瓦的小型機(jī)組。由于強(qiáng)制循環(huán)爐具有氣包體積小，調(diào)峰能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)了強(qiáng)大生命

3、力。因此到1959年第一臺(tái)20萬(wàn)千瓦的強(qiáng)制循環(huán)爐投入運(yùn)行，安裝在英國(guó)high marnham發(fā)電廠。到1963年英國(guó)在強(qiáng)制循環(huán)鍋爐和無(wú)軸封強(qiáng)制循環(huán)爐水泵已大量投入運(yùn)行，而且用于核電站。high marnham發(fā)電廠強(qiáng)制循環(huán)爐和爐水循環(huán)泵基本為強(qiáng)制爐水循環(huán)泵確定了基本結(jié)構(gòu)形式：采用無(wú)軸封結(jié)構(gòu)，淘汰了軸封結(jié)構(gòu)，當(dāng)時(shí)已取得40000小時(shí)運(yùn)行無(wú)故障的紀(jì)錄，淘汰了原始的軸封結(jié)構(gòu)；可抽出定子的結(jié)構(gòu)，有利于濕定子電機(jī)整體維修和制造備件；水潤(rùn)滑軸承在合理的設(shè)計(jì)參數(shù)下，完全可與油潤(rùn)滑軸承相類比；電機(jī)在下面泵在上面的結(jié)構(gòu)形式，證明不容易在電機(jī)內(nèi)部聚集氣體，避免對(duì)繞組和水潤(rùn)滑軸承的危害。見(jiàn)圖1和圖2；濕定子水直冷全

4、面取代屏蔽套式電機(jī)，特別是大功率電機(jī)。幾乎與英國(guó)hayward tyler公司發(fā)展強(qiáng)制循環(huán)泵的同時(shí)，德國(guó)dual鍋爐公司和ksb公司發(fā)展獨(dú)立的系統(tǒng)，首先在本生直流爐上得到應(yīng)用，用于直流爐的再循環(huán)。這樣，在爐水泵方面，英國(guó)泰勒公司和德國(guó)ksb公司作為兩個(gè)技術(shù)的發(fā)源地，技術(shù)向美國(guó)、澳洲、日本等出口。因此，中國(guó)發(fā)電廠中，除了泰勒、ksb公司的爐水泵外還有日本的酉島（shari shima）、三菱（mithibish）等公司的產(chǎn)品。優(yōu) 缺 點(diǎn) 比 較干 式濕 式優(yōu) 點(diǎn)a) 合金的潮濕表面具有較高的抗腐蝕性。b) 容易清除污染。c) 許可繞組溫度升得相當(dāng)高。d) 槽滿率較佳。a) 效率高。b) 繞組易于

5、冷卻。c) 在現(xiàn)場(chǎng)，用戶能修復(fù)或更換繞組。d) 磁隙較小等于氣隙。e) 沒(méi)有屏蔽套，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺 點(diǎn)a) 由于屏蔽套的損失，電動(dòng)機(jī)效率較低。b) 電動(dòng)機(jī)繞組冷卻困難。c) 屏蔽套易碎。d) 現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)屏蔽套困難。e) 由于轉(zhuǎn)子外的氣隙給定了，磁隙較長(zhǎng)。f) 存在屏蔽套的膨脹和翹曲問(wèn)題。g) 因?yàn)榘l(fā)熱問(wèn)題容易受限制。a) 定子鐵芯得采取防銹措施。b) 清除污染困難。c) 絕緣的最大運(yùn)行溫度為90。d) 在小型電動(dòng)機(jī)內(nèi)，槽滿率不佳。二、爐水泵電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以國(guó)內(nèi)發(fā)電廠中使用的英國(guó)泰勒、德國(guó)ksb公司的爐水泵電機(jī)為基礎(chǔ)對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析如下，首先簡(jiǎn)單介紹國(guó)內(nèi)電廠常用爐水泵電機(jī)的結(jié)構(gòu)，圖3為英國(guó)tyler

6、公司的結(jié)構(gòu)，圖4為ksb公司的結(jié)構(gòu)。技術(shù)特點(diǎn)英國(guó)hayward tyler公司爐水泵德國(guó)ksb公司爐水泵1熱屏熱屏無(wú)低壓泠卻系統(tǒng)。熱屏的屏頸長(zhǎng)度較長(zhǎng)，由空氣自然冷卻，系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、可靠。熱屏有低壓冷卻水系統(tǒng)，熱屏的屏頸長(zhǎng)度較短。2熱障壓力容器外殼與爐水泵電機(jī)定子機(jī)殼的外圓之間不直接接觸，形成厚約4mm的水層，形成的熱障在不運(yùn)轉(zhuǎn)的熱備用狀態(tài)作為隔熱層，外殼的傳導(dǎo)熱不易直接傳到定子和繞組線，防止繞組線受熱，在運(yùn)行過(guò)程中，隔水層水流帶走熱量。定子硅鋼片鐵芯直接壓裝在壓力容器外殼中，沒(méi)有隔水層形成的熱障，因此熱量由高壓鍋爐管道傳遞到壓力容器外殼會(huì)直接傳遞到鐵芯和繞組線。90年代中期，ksb公司對(duì)此進(jìn)行了

7、本質(zhì)性改進(jìn)，采取了類似tyler公司的結(jié)構(gòu)，在定子機(jī)殼壓力容器外殼之間設(shè)置了約5mm的水層形成熱障。3線圈結(jié)構(gòu)二平面繞組，端部冷卻水易流動(dòng)，冷卻效果好端部熱量易散發(fā)，但繞組為整距繞組，磁勢(shì)的諧波分量高。交迭短距結(jié)構(gòu)繞組，端部冷卻效果差，工作時(shí)線圈的熱量不易散發(fā)，端部易產(chǎn)生局部過(guò)熱點(diǎn)，磁勢(shì)諧波分量低。繞組耐水繞組線全部采用統(tǒng)一的絕緣厚度。繞組線大部份采用二種不同的絕緣厚度，故障幾乎都發(fā)生在薄絕緣的部位。線圈端部與機(jī)殼之間的掛鉤用尼龍帶捆緊，端部機(jī)械強(qiáng)度好，而在豎直的工作狀態(tài)下，線圈不會(huì)因重力而下沉造成線圈的出槽口處損傷。線圈端部與機(jī)殼之間沒(méi)有相對(duì)固定的掛鉤，線圈可能發(fā)生下沉。易造成線圈出槽口處的

8、損壞。線圈的槽部沒(méi)有槽楔塞緊，在起動(dòng)的電動(dòng)力作用下可能會(huì)振動(dòng)。線圈的槽部有塞緊槽楔，防止振動(dòng)。4中性點(diǎn)y并接頭的絕緣采用聚乙烯帶包的中性點(diǎn)接頭絕緣，由于制作工藝較好，滲水現(xiàn)象不嚴(yán)重。同樣采用聚乙烯帶繞包的中性點(diǎn)接頭，發(fā)現(xiàn)送修的三臺(tái)，都有滲水現(xiàn)象，而且產(chǎn)生銅綠，絕緣電阻下降。5高壓密封引出接頭高壓密封接頭靠徑向密封圈密封，密封性能的高低，完全靠工藝和材質(zhì)得以保證，引出后的接線端子采用包繞外絕緣，絕緣電阻不因天氣的濕度而變化。高壓密封接頭靠軸向密封圈由螺帽壓緊，在總裝配時(shí)可以調(diào)整，但是引出后的接線端子絕緣子暴露在空氣中，絕緣電阻因天氣的濕度而變化，陰雨天絕緣電阻容易下降。6導(dǎo)向軸承導(dǎo)軸承為金屬瓦襯

9、，塑料瓦，分塊式擺動(dòng)調(diào)心結(jié)構(gòu)。調(diào)整性能好，運(yùn)行中能保持均勻的配合間隙。pv取值較高，尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。金屬瓦襯，塑料瓦為圓筒式結(jié)構(gòu)，依靠軸承彈性支持環(huán)調(diào)心。調(diào)整性能不如分塊擺動(dòng)結(jié)構(gòu)。pv取值較低，尺寸較大。7推力軸承推力軸承為michell型結(jié)構(gòu)，止推塊為不銹合金鋼。推力盤承磨面為塑料貼層。pv取值高，尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，浮動(dòng)間隙僅為ksb泵的20%。運(yùn)行中對(duì)磨付承磨面磨損較均勻，缺陷少，但要求高不易裝配。推力軸承為michell結(jié)構(gòu)，止推塊為塑料塊，推力盤承磨面為耐磨鍍鉻層。pv取值低，尺寸大，浮動(dòng)間隙在1mm以上。運(yùn)行中普遍存在對(duì)磨付承磨面外緣磨損大的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，裝配時(shí)較容易達(dá)到要求。

10、圖3.tyler爐水泵電機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖4.ksb爐水泵電機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖5.爐水泵電機(jī)冷卻回路三、爐水泵電機(jī)故障形態(tài)分析電氣絕緣故障上止推軸承故障下止推軸承故障轉(zhuǎn)子故障導(dǎo)軸承故障端蓋密封面滲漏導(dǎo)電頭密封滲漏注：以上統(tǒng)計(jì)是按故障現(xiàn)象出現(xiàn)頻度計(jì)算的，同一臺(tái)爐水泵電機(jī)可能有不同的故障現(xiàn)象，因此現(xiàn)象到現(xiàn)象之總和可能大于100%。圖6.爐水泵電機(jī)故障現(xiàn)象分析第類電氣絕緣故障是主要故障形態(tài)，爐水泵電機(jī)的故障一般都是絕緣電阻明顯下降，如6kv電機(jī)下降到50m以下可以認(rèn)為都有不同程度的電氣絕緣故障，但有電氣絕緣故障并不是都要更換線圈，而且形成電氣絕緣故障的原因是多樣性的（見(jiàn)圖7，電氣絕緣故障原因分析）。第、類上、下推力

11、軸承故障也是常見(jiàn)故障，一般都不嚴(yán)重，不足以使得電機(jī)不能運(yùn)行。爐水泵電機(jī)的推力軸承和導(dǎo)軸承都是水潤(rùn)滑軸承，ksb公司和tyler公司都采用不銹鋼或鍍鉻與酚醛石墨增強(qiáng)塑料耐磨材料形成磨擦付、選用的設(shè)計(jì)參數(shù)pv值都偏于安全比較保守。形成過(guò)度磨損或損傷的大部份原因是水中有異物，如水垢、裝配清潔度不夠等引起的。較為嚴(yán)重的是爐水泵電機(jī)繞組線受高溫爐水燙壞后，表面的尼龍層（pa層）過(guò)熱形成粒狀殘留物進(jìn)入軸承間隙，導(dǎo)致嚴(yán)重的損傷。第類轉(zhuǎn)子故障主要是制造缺陷。某廠制造的爐水泵電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡護(hù)環(huán)，由于公差配合的緊量不夠，運(yùn)轉(zhuǎn)中在電動(dòng)力的作用下發(fā)生軸向竄動(dòng)，撞擊“c”型軸用擋圈，致使擋圈斷裂成數(shù)段，并劃傷端部線圈。第

12、類導(dǎo)軸承的故障現(xiàn)象和原因大部份與推力軸承相似，但tyler公司上導(dǎo)軸承的正常磨損量較大，有一臺(tái)tyler公司u600.h.92.4 600hp爐水泵電機(jī)在運(yùn)行4年后，檢修中發(fā)現(xiàn)軸承雙邊間隙達(dá)0.81.0mm，導(dǎo)致電機(jī)起動(dòng)時(shí)定、轉(zhuǎn)子相擦而無(wú)法起動(dòng)，在第2臺(tái)檢修中也發(fā)生類似現(xiàn)象。其原因一是pv值較高，其次可能與葉輪的動(dòng)平衡較差有關(guān)。因此要求在檢修時(shí)一定要仔細(xì)測(cè)量間隙，而且要求進(jìn)行連同葉輪在一起進(jìn)行整體動(dòng)平衡校正。第類端蓋密封面滲漏，在進(jìn)廠檢修時(shí)較難判斷，發(fā)現(xiàn)有2臺(tái)次在端蓋面上有月牙形水銹斑痕，應(yīng)可判定為有微滲漏現(xiàn)象發(fā)生；其中一臺(tái)在修復(fù)后，進(jìn)行26mpa水壓試驗(yàn)時(shí)，有點(diǎn)滴滲漏現(xiàn)象，重新拆開(kāi)發(fā)現(xiàn)端蓋密

13、封面上有一處微小鑄造缺陷，處理后得以解決。第類密封導(dǎo)電頭的密封滲漏是較少發(fā)生的故障，僅有一臺(tái)次tyler爐水泵電機(jī)的導(dǎo)電頭“”型密封圈阻流圈，出廠裝配位置偏移，有微滲漏現(xiàn)象發(fā)生，處理后得以解決。從上述爐水泵電機(jī)故障現(xiàn)象分析可以看出，電氣故障是所有故障現(xiàn)象的主要形態(tài)。結(jié)合電氣故障的現(xiàn)象和主要產(chǎn)生原因統(tǒng)計(jì)分析如下圖: 現(xiàn)象泵側(cè)線圈端部局部擊穿點(diǎn)、長(zhǎng)期帶故障運(yùn)行甚至燒斷繞組線。鐵芯槽內(nèi)線圈局部擊穿點(diǎn)，甚至燒壞鐵芯。嚴(yán)重燙壞定子繞組線、繞組線的絕緣變形呈多邊形斷面狀，表面pa層呈粉狀脫落，pe2絕緣層粘接成板塊狀。中性點(diǎn)接頭滲水導(dǎo)致絕緣電阻下降，甚至有中性點(diǎn)接頭炸開(kāi)現(xiàn)象，接頭處有銅綠。 繞組接頭的根部

14、繞組線絕緣損傷，絕緣電阻下降、甚至為“0”。絕緣電阻下降，受氣候影響，擦干凈密封導(dǎo)電頭，烘干后絕緣電阻又能回升。導(dǎo)電頭連接電纜纏繞或與轉(zhuǎn)子相碰磨損絕緣直至絕緣為零。主要原因繞組線本身絕緣缺陷，絕緣層有疵點(diǎn)；ksb泵線圈下沉；穿線時(shí)繞組線損傷；過(guò)熱變形；薄絕緣繞組線絕緣薄弱，擊穿現(xiàn)象多。繞組穿線工藝損傷；繞組線絕緣局部疵點(diǎn)；過(guò)熱變形；tyler公司槽內(nèi)沒(méi)有槽楔繞組線振動(dòng)易磨損絕緣。 大部份發(fā)生在備用泵停轉(zhuǎn)狀態(tài)，高溫爐水泵長(zhǎng)期滲入；不排除下端蓋密封有微滲漏現(xiàn)象；ksb泵發(fā)生較多；運(yùn)行操作不當(dāng)。中性點(diǎn)接頭工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，沒(méi)有自密性；制作工藝不良。采用聚乙烯模壓熔接絕緣工藝、高溫模體在操作時(shí)燙壞。

15、tyler泵此現(xiàn)象較多見(jiàn)。ksb泵此現(xiàn)象多見(jiàn)，密封導(dǎo)電接頭的絕緣子為塑料件防潮性能較差，耐氣候性能差。 連接電纜過(guò)長(zhǎng)； 連接電纜固定不當(dāng)； 6kv tyler泵檢修時(shí)操作不當(dāng)造成。注：故障現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)方法同圖6圖7.電氣絕緣故障現(xiàn)象及原因分析四、爐水泵電機(jī)提高可靠性的技術(shù)改進(jìn) 爐水泵電機(jī)是大型發(fā)電廠強(qiáng)制循環(huán)鍋爐、加速鍋爐的強(qiáng)制水循環(huán)、提高鍋爐熱效率的關(guān)鍵設(shè)備，可以說(shuō)是強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的心臟。由于爐水泵直接參與鍋爐的高壓、高溫水循環(huán)，工作條件十分嚴(yán)酷、工作性質(zhì)又十分重要，從爐水泵電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)行工況及故障現(xiàn)象分析著手，針對(duì)性地進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)以及采取有效的保護(hù)措施以提高爐水泵的可靠性，這對(duì)電廠安全運(yùn)行有

16、十分重要的意義。在對(duì)比國(guó)外兩家主要爐水泵生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的爐水泵電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及爐水泵電機(jī)故障形態(tài)分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析對(duì)比、取長(zhǎng)補(bǔ)短、研究試驗(yàn)，爐水泵電機(jī)提高檢修質(zhì)量及運(yùn)行可靠性的技術(shù)改進(jìn)可以從以下幾方面著手：1 研究爐水泵電機(jī)繞組線損壞的機(jī)理，驗(yàn)證爐水泵電機(jī)使用的交聯(lián)聚乙烯繞組線在不同的溫度下的耐受能力，發(fā)現(xiàn)燙壞絕緣繞組線的過(guò)程是有一個(gè)發(fā)展的階段。試驗(yàn)表明，在220的溫度下2h，盡管已發(fā)生塑料之間的輕微粘連，但測(cè)試浸水高壓試驗(yàn)40kv的電壓仍然通過(guò)。之后，將xlp繞組線及中心點(diǎn)y并連接后放入試壓管中，在26mpa下，200水溫中，進(jìn)行模擬工況試驗(yàn)，進(jìn)行2h試驗(yàn)，仍通過(guò)21kv/1min的耐壓試

17、驗(yàn)，可以證明爐水的瞬時(shí)滲入與爐水泵電機(jī)腔內(nèi)的大量水混合，瞬時(shí)提高220是不可能的。引起繞組線絕緣層變形、變薄是復(fù)合原因所至。爐水泵滲入是其中原因之一，更主要的原因是發(fā)生在冷卻水流動(dòng)不暢，由繞組本身產(chǎn)生的熱量散發(fā)困難，并在綁扎外力、熱收縮作用下產(chǎn)生變形是形成繞組線絕緣電阻故障重要原因之一。而繞組的擊穿點(diǎn)大部份發(fā)生在制造過(guò)程中局部損傷或繞組線本身疵點(diǎn)部位。因此為提高繞組的壽命應(yīng)從提高繞組線本身質(zhì)量和電氣加工如穿線工藝和接頭工藝著手。穿線方法采用無(wú)軸向扭轉(zhuǎn)減磨損的穿線工藝。即在穿線過(guò)程不因盤繞收放而產(chǎn)生絕緣繞組線的軸向扭轉(zhuǎn)，同時(shí)穿線是在潤(rùn)滑狀態(tài)下進(jìn)行的。與國(guó)外兩公司相比可以做到真正上的無(wú)磨損。這種穿

18、線方法曾獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)。2 將繞組線二種不同的絕緣厚度改為統(tǒng)一絕緣厚度，并在槽內(nèi)空間允許范圍內(nèi)，加厚絕緣層的厚度，將薄絕緣的厚度從1.7mm增加到2.0mm，可提高繞組線的絕緣可靠性。3.加強(qiáng)繞組端部的固定，每層每平面繞組都有一組固定在機(jī)殼上的支架，繞組端部用綁扎帶可靠地固定在支架上，避免電機(jī)繞組在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)特別是起動(dòng)時(shí)的強(qiáng)大電動(dòng)力作用下端部發(fā)生振動(dòng)磨損線圈的絕緣。爐水泵電機(jī)是立式垂直安裝，端部與機(jī)殼之間的固定，還能防止整個(gè)線圈在電動(dòng)力和重力作用下的下沉現(xiàn)象發(fā)生。線圈下沉使線圈端部的鐵芯槽口的直線拐彎部位與鐵芯槽口產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，使絕緣受損。由于防止了線圈下沉，很大程度上提高了爐水泵電機(jī)的電氣結(jié)構(gòu)可靠性。4 改進(jìn)定子繞組中性點(diǎn)的接頭的絕緣工藝，提高接頭的密封性能，y并接頭絕緣及特殊工藝，在高壓、高溫中密封性極好。具有自密性，壓力越高密封性越好。因此保證在高壓高溫下絕緣電阻不下降，可很大程度上提高中性點(diǎn)接頭的絕緣可靠性及耐久性。5過(guò)濾器改進(jìn)，現(xiàn)有過(guò)濾器都濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，濾網(wǎng)的數(shù)目不能過(guò)大，否則會(huì)增加高壓冷卻系統(tǒng)的水阻，降低高壓冷卻器的熱交換功能，而且單純的過(guò)濾網(wǎng)無(wú)法阻隔細(xì)小的顆粒，特別是鐵質(zhì)的硬顆粒通過(guò)，這類顆粒對(duì)水潤(rùn)滑軸承的運(yùn)行極為有害，改進(jìn)后的過(guò)濾器設(shè)置了磁性裝置，事實(shí)證明，大大改善了水潤(rùn)滑軸承，特別是推力軸承工作條件，延長(zhǎng)軸承壽命。6