化工流程余熱利用型給水泵汽輪機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)

【摘要】為了進(jìn)一步降低化工廠的動(dòng)力站的運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，某化工流程用30MW鍋爐采用了汽動(dòng)鍋爐給水泵，該驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)為中溫中壓機(jī)組。本文系統(tǒng)介紹該驅(qū)動(dòng)給水泵汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】給水泵汽輪機(jī)；設(shè)計(jì)特點(diǎn)；中溫中壓

隨著我國人口的不斷增加和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，資源相對(duì)不足的矛盾日益突出，尋找新的資源或可再生資源，以及合理的利用現(xiàn)有的寶貴資源將是我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在?；は到y(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)中的能耗大戶和主要污染源之一。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，某化工集團(tuán)將動(dòng)力站的30MW鍋爐的給水泵采用了汽動(dòng)模式，充分利用化工管網(wǎng)系統(tǒng)中的富裕蒸汽，減少了動(dòng)力站常用電量。我們針對(duì)渭化集團(tuán)開發(fā)中溫中壓給水泵汽輪機(jī)。本文對(duì)中溫中壓給水泵汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹。

1、給水泵汽輪機(jī)總體設(shè)計(jì)

由于該給水泵的運(yùn)行特點(diǎn)，主要存在2個(gè)工況點(diǎn)：額定工況和最大工況。給水泵常年運(yùn)行在額定工況下，給水泵通過自身回路來調(diào)節(jié)流量，因此在汽輪機(jī)熱力方案設(shè)計(jì)與常規(guī)給水泵汽輪機(jī)不同，不用考慮汽輪機(jī)變工況特性。我們最終確定汽輪機(jī)額定功率為3.6MW，具體的參數(shù)見表1。

2、給水泵汽輪機(jī)本體設(shè)計(jì)

由于鍋爐給水泵的自身特點(diǎn)和運(yùn)行要求，決定驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)必需具有如下特點(diǎn)：

① 汽輪機(jī)運(yùn)行必需穩(wěn)定，不能反復(fù)的啟停；

② 汽輪機(jī)具有快速啟停的能力；

2.1給水泵汽輪機(jī)本體方案設(shè)計(jì)

為了滿足給水泵的特點(diǎn)，該機(jī)吸收了東汽已有給水泵汽輪機(jī)等優(yōu)點(diǎn)，采用了目前先進(jìn)的通流設(shè)計(jì)技術(shù)和新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。機(jī)組總體方案設(shè)計(jì)為：

①汽輪機(jī)為單缸、單軸、沖動(dòng)式、純凝汽；

②采用整體式基架，汽輪機(jī)單層布置；

③排汽方式采用向上排汽，經(jīng)排汽管進(jìn)入側(cè)方凝汽器；

④通流級(jí)數(shù)為9級(jí)，分為1 級(jí)雙列調(diào)節(jié)級(jí)和8 級(jí)壓力級(jí)；

⑤配汽方式采用提板結(jié)構(gòu)的噴嘴配汽方式；

⑥與給水泵的連接方式為膜片式聯(lián)軸器，傳遞扭矩并補(bǔ)償汽機(jī)轉(zhuǎn)子與鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子高低差、吸收兩者的熱膨脹；

⑦整個(gè)汽缸分為前、后兩部分，汽缸前部為鑄造結(jié)構(gòu)，汽缸后部則采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。

總體結(jié)構(gòu)見圖1。

2.2軸系

汽輪機(jī)的軸系不但要有足夠的強(qiáng)度，還要有良好的振動(dòng)特性，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特性不但與轉(zhuǎn)子固有頻率有關(guān)，還取決于轉(zhuǎn)子支承條件（軸承和軸承座），工作條件（汽流的激振）以及動(dòng)平衡和安裝的質(zhì)量及轉(zhuǎn)子間的相互影響，振動(dòng)特性分析內(nèi)容主要包括：軸系靜態(tài)參數(shù)的計(jì)算，軸系臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算，軸系不平衡響應(yīng)的計(jì)算，軸系穩(wěn)定性的計(jì)算，剪應(yīng)力的計(jì)算等。軸系臨界轉(zhuǎn)速和軸承型式見表2、表3，軸系簡(jiǎn)圖見圖2。

軸系振動(dòng)特性應(yīng)限制在一定范圍內(nèi)，軸系臨界轉(zhuǎn)速相對(duì)于工作轉(zhuǎn)速的避開率應(yīng)大于±10%，軸系不平衡響應(yīng)峰峰值應(yīng)小于50μm，軸系失穩(wěn)轉(zhuǎn)速應(yīng)大于工作轉(zhuǎn)速的125%。經(jīng)計(jì)算，該給水泵汽輪機(jī)軸系的振動(dòng)特性均在規(guī)定范圍內(nèi)。

2.3 通流設(shè)計(jì)

本機(jī)組通流部分由1個(gè)雙列調(diào)節(jié)級(jí)和8個(gè)壓力級(jí)組成。在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了通流部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、溫度效應(yīng)及工作條件，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性。噴嘴分成4組，各組分別與噴嘴室的4個(gè)獨(dú)立的腔室中的一個(gè)相通，各由相應(yīng)的調(diào)節(jié)閥供汽。噴嘴隔板用鍵槽固定在前汽缸噴嘴室上。本機(jī)組有較高的運(yùn)行轉(zhuǎn)速（4820r/min）和較寬的運(yùn)行范圍（4338～5302r/min），所以動(dòng)葉片不調(diào)頻，采用自帶冠結(jié)構(gòu)，前七級(jí)為T形葉根，八、九級(jí)為外包T形葉根，葉頂設(shè)3齒汽封，1～9級(jí)靜葉采用直葉柵。各級(jí)隔板均裝有隔板汽封，2～5級(jí)為高低齒汽封圈。第6～9為平齒汽封圈。第1～7級(jí)設(shè)有葉根軸向汽封，第1～9級(jí)動(dòng)葉頂部設(shè)有徑向汽封，以減少級(jí)間的漏汽損失，動(dòng)靜葉片均具有較好的熱力性能。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4.1 汽缸設(shè)計(jì)

本機(jī)組汽缸設(shè)計(jì)為汽缸前部（前汽缸）和排汽缸（后汽缸）兩段。各部分之間采用垂直中分面法蘭聯(lián)接。汽缸分為上下兩半，前后分別裝有汽封，以保證蒸汽不外泄漏。前汽缸前端與前軸承箱采用下半垂直法蘭連接。前汽缸為鑄鋼結(jié)構(gòu)，蒸汽室單獨(dú)鑄成后采用法蘭螺栓連接到前汽缸上。后汽缸為焊接結(jié)構(gòu)，內(nèi)有導(dǎo)流裝置以減小排汽損失，汽缸向上排汽，排汽口采用焊接形式與排汽接管聯(lián)接，排汽接管再與排汽連通管通過法蘭連接，排汽連通管通過法蘭再與凝汽器聯(lián)接。在凝汽器喉部安裝有大氣閥，保護(hù)真空系統(tǒng)。

2.4.2 轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子為整鍛轉(zhuǎn)子，設(shè)計(jì)考慮轉(zhuǎn)速變動(dòng)范圍遠(yuǎn)離一、二階臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子總長(zhǎng)2708.5mm，轉(zhuǎn)子前軸徑為Φ100mm，后軸徑為Φ110mm，推力盤厚度為44.5mm。調(diào)節(jié)級(jí)葉輪和末級(jí)葉輪外側(cè)端面設(shè)有裝平衡塊的燕尾槽，第四級(jí)葉輪盤圓周設(shè)有裝平衡螺塞的平衡孔。

2.4.3滑銷系統(tǒng)

汽輪機(jī)在啟動(dòng)、停機(jī)和運(yùn)行時(shí)，由于溫度的變化，會(huì)產(chǎn)生熱膨脹?；N系統(tǒng)的作用就是為了使機(jī)組的動(dòng)、靜部分能夠按照預(yù)定的方向膨脹，保證機(jī)組安全運(yùn)行。

本機(jī)組的基架澆死在基礎(chǔ)上，整個(gè)汽輪機(jī)三支點(diǎn)支承在基架上，前軸承箱處一個(gè)支點(diǎn)，后汽缸兩側(cè)臺(tái)板兩個(gè)支點(diǎn)，臺(tái)板下各有一橫向滑鍵，鍵對(duì)稱于排汽中心。前軸承箱用螺栓與前汽缸連成一體，并固定在基架上，基架與前軸承箱間有一縱向鍵，汽缸熱膨脹時(shí)以低壓缸兩側(cè)橫鍵為軸向死點(diǎn)向機(jī)頭側(cè)膨脹，推動(dòng)前箱向機(jī)頭滑動(dòng)。后軸承箱通過特制螺釘和銷固定在基架上，后汽缸下半垂直導(dǎo)向鍵與后軸承箱的鍵槽配合，保證機(jī)組運(yùn)行過程中，汽缸與軸承箱及軸承、轉(zhuǎn)子的對(duì)中。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于靜子的固定點(diǎn)（相對(duì)死點(diǎn)），其位置在前軸承箱內(nèi)推力軸承的主推力面上。汽輪機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子從該點(diǎn)向給水泵方向膨脹。汽輪機(jī)的縱向膨脹由前箱底部的縱向鍵引導(dǎo)，垂直方向膨脹由后軸承箱與汽缸后部的垂直鍵引導(dǎo)，橫向膨脹由基架與后汽缸兩側(cè)的橫向鍵引導(dǎo)。這就保證了汽輪機(jī)在啟、停及運(yùn)行過程中能按規(guī)定方向自由膨脹，同時(shí)保證了機(jī)組中心位置不變。

3、結(jié)語

針對(duì)某化工流程用30MW鍋爐中溫中壓給水泵汽輪機(jī)具有轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍寬、效率高、經(jīng)濟(jì)性好、運(yùn)行安全、可靠性高等特點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行操作靈活簡(jiǎn)單、安裝維護(hù)方便，運(yùn)行成本低。該機(jī)組的運(yùn)行將極大地推動(dòng)節(jié)能減排的實(shí)施。

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作者簡(jiǎn)介

熊春，1982年生，女，四川資陽人，2004年畢業(yè)于重慶大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，工程師。