鍋爐多級(jí)給水泵平衡裝置的改進(jìn)

朱忠翔，姚 鵬

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

鍋爐多級(jí)給水泵平衡裝置的改進(jìn)

朱忠翔，姚 鵬

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

主要介紹閃速爐分段式多級(jí)給水泵平衡裝置容易磨損的原因和對(duì)平衡盤(pán)的結(jié)構(gòu)及其工作原理進(jìn)行分析，并通過(guò)分析閃速爐鍋爐給水泵平衡裝置軸向力產(chǎn)生的原因和平衡機(jī)理，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)平衡裝置進(jìn)行有效的改進(jìn)，以提高設(shè)備的檢修質(zhì)量，節(jié)約運(yùn)行成本。

關(guān)健詞：閃速爐；給水泵；平衡裝置；軸向力；機(jī)理

1 引言

江銅集團(tuán)貴溪冶煉廠二系統(tǒng)動(dòng)力中心有4臺(tái)閃速爐鍋爐給水泵，2臺(tái)運(yùn)行2臺(tái)備用，為新系統(tǒng)閃速爐鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行而交替工作，為閃速爐鍋爐提供達(dá)標(biāo)的生產(chǎn)純水，閃速爐鍋爐給水泵運(yùn)行情況的好壞直接影響鍋爐是否能安全平穩(wěn)運(yùn)行。

閃速爐鍋爐給水泵為分段式多級(jí)鍋爐給水泵，該泵里面葉輪級(jí)數(shù)為九級(jí)，而出于對(duì)泵軸形成支撐結(jié)構(gòu)的考慮，在整臺(tái)泵的兩端使用帶甩油環(huán)的滑動(dòng)軸承，泵產(chǎn)生的軸向力通過(guò)設(shè)在末級(jí)葉輪后平衡室內(nèi)的平衡裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡［1］。填料密封形式在閃速爐鍋爐給水泵中廣泛運(yùn)用。在實(shí)際生產(chǎn)中，閃速爐鍋爐給水泵的平衡裝置多次損壞，頻繁切換，嚴(yán)重影響了閃速爐鍋爐長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，也增加了檢修任務(wù)和維修費(fèi)用。

閃速爐鍋爐的配套給水泵性能參數(shù)表見(jiàn)表1所示：

表1 閃速爐鍋爐給水泵主要性能參數(shù)

2 平衡裝置的工作原理

平衡裝置的組成部分包括了平衡室、平衡板、平衡盤(pán)和平衡管等。平衡裝置裝在鍋爐給水泵的末級(jí)葉輪之后，平衡盤(pán)隨泵的轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)、平衡板固定在泵體上是不動(dòng)的。

圖1 平衡裝置工作原理和平衡盤(pán)壓差示意圖

從上面給出的結(jié)構(gòu)原理圖中我們可以獲知，該平衡盤(pán)裝置中存在著兩個(gè)很關(guān)鍵的間隙：其中一個(gè)指的是平衡盤(pán)內(nèi)端面與平衡板間的軸向間隙（水膜厚度），在圖中用b2進(jìn)行表示，通常在0.1～0.2mm之間，當(dāng)其處在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程當(dāng)中時(shí)，則會(huì)減小到0.02～0.05mm之間。還有一個(gè)間隙是平衡盤(pán)輪轂外圓柱面與平衡板內(nèi)表面之間的徑向間隙，在圖中用b1進(jìn)行表示，通常這一間隙范圍在0.2～0.3mm之間。

平衡盤(pán)后面的平衡室與鍋爐給水泵進(jìn)水口相連通。徑向間隙b1前對(duì)應(yīng)的壓力可用p2來(lái)表示，也就是該泵末級(jí)葉輪后泵腔對(duì)應(yīng)的壓力值。流通介質(zhì)通過(guò)徑向間隙b1后壓力下降為p4，再經(jīng)過(guò)軸向間隙b2降至與進(jìn)水口壓力相同的壓力p5。平衡盤(pán)前面的壓力p4大于平衡盤(pán)后面的壓力p5時(shí)，其壓差產(chǎn)生的平衡力F指向鍋爐給水泵的后方，與葉輪的軸向力A方向相反，該平衡力F用以平衡此軸向力A。

通常p2和p5不會(huì)有較大的變化，所以△P（即C和p5相減的值）基本上恒定不變，當(dāng)軸向力A超過(guò)了平衡力F，就會(huì)使鍋爐給水泵轉(zhuǎn)子往前移，那么軸向間隙b2的值就會(huì)變小，相對(duì)應(yīng)的間隙阻力增大，流體介質(zhì)泄漏量Q減小。當(dāng)Q值變小，經(jīng)過(guò)徑向間隙b1的介質(zhì)的壓差△P1（即p2和p4相減的值）減小，這樣就使平衡盤(pán)前面的壓力p4變大。所以△P2（即p4和p5相減的值）也會(huì)相應(yīng)的變大，從而平衡力F也相應(yīng)的增大。

隨著鍋爐給水泵的轉(zhuǎn)子往前移動(dòng)，從而使平衡力F逐漸增大，當(dāng)泵轉(zhuǎn)子往前移動(dòng)到一定位置能使平衡力F和軸向力A相等，從而達(dá)到短暫的平衡狀態(tài)。相同道理，當(dāng)軸向力A小于平衡力F時(shí)，泵轉(zhuǎn)子往后移動(dòng)到一定位置時(shí)，能使平衡力F減小到與軸向力A相等，從而達(dá)到短暫的平衡狀態(tài)，所以平衡裝置的平衡原理是靠平衡盤(pán)和平衡板之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3 閃速爐鍋爐給水泵平衡裝置存在的問(wèn)題

在閃速爐鍋爐給水泵實(shí)際工作過(guò)程中，位于末級(jí)葉輪處的平衡裝置引發(fā)的問(wèn)題較為頻繁。

在檢修閃速爐鍋爐給水泵的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，末級(jí)葉輪處的平衡裝置引發(fā)的問(wèn)題基本上可以歸納為以下幾種情況：

（1）轉(zhuǎn)子向泵的進(jìn)水口方向竄動(dòng)，導(dǎo)致該泵的葉輪出口與導(dǎo)葉入口的對(duì)中性被破壞，而這種變化對(duì)整臺(tái)泵的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生不良影響，使其振動(dòng)加劇，同時(shí)工作效率下降。

（2）導(dǎo)葉密封環(huán)和葉輪密封環(huán)之間相互摩擦，從而擴(kuò)大了導(dǎo)葉和葉輪之間的間隙，從而使各級(jí)葉輪間出現(xiàn)了更嚴(yán)重的泄漏現(xiàn)象，這種情況會(huì)使電機(jī)工作電流增大。

（3）平衡裝置的磨損量超過(guò)預(yù)留給電機(jī)和泵聯(lián)軸器之間的間隙，就會(huì)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生巨大的軸向推力，從而損壞電機(jī)內(nèi)部的軸承。

（4）出現(xiàn)較大程度的磨損情況時(shí)，鍋爐給水泵中的葉輪同葉輪密封環(huán)和泵體相互摩擦，導(dǎo)致電機(jī)電流劇烈變化，容易使泵產(chǎn)生嚴(yán)重破壞［2］。

4 平衡裝置的損壞原因及解決方法

4.1 平衡力大小的主要因素分析

壓差所產(chǎn)生的平衡力在平衡盤(pán)上的作用情況［3］，能夠通過(guò)分步驟的計(jì)算來(lái)得出結(jié)果：F等于F1和F2的相加之和。

一部分屬于r0到r1區(qū)間內(nèi)的作用力：

另一部分屬于r1到r2區(qū)間內(nèi)的作用力：

F代表著軸向平衡力，其單位用N 來(lái)表示；r2代表著平衡盤(pán)外圓半徑，其基本單位為m；r1代表著平衡盤(pán)內(nèi)圓半徑，其基本單位為m；r0代表著平衡盤(pán)輪轂半徑，其基本單位為m；△P2代表著平衡盤(pán)前后的壓差，其基本單位為Pa；a代表著軸向間隙進(jìn)口壓降損失系數(shù)，通常其值的區(qū)間范圍為0.2～0.25。

通過(guò)上述內(nèi)容，我們能夠發(fā)現(xiàn)平衡盤(pán)產(chǎn)生的平衡力F的值是同r2、r1、r、a和△P2這些因素相關(guān)聯(lián)的，但r0的值是不能夠隨意改變的，因?yàn)樗Q于結(jié)構(gòu)形式的變化。在給定r2的值的前提下，a隨r1尺寸的增大而減小。所以為了增大平衡力F，就應(yīng)增大r1或者△P2。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，一般鍋爐給水泵的平衡盤(pán)止口寬度L0=r2-r1與平衡盤(pán)半徑r1之比（L0/r1）為0.2～0.3。

閃速爐給水泵原來(lái)平衡盤(pán)尺寸大小如圖2所示：

圖2 原閃速爐鍋爐給水泵平衡盤(pán)的尺寸大小

原來(lái)平衡盤(pán)直口寬度與平衡盤(pán)半徑的比為（90-67.5）/67.5=0.33，超過(guò)了設(shè)計(jì)比的最大要求值0.3。

修改后的平衡盤(pán)尺寸如圖3所示：

圖3 修改后閃速爐鍋爐給水泵平衡盤(pán)的尺寸大小

修改后平衡盤(pán)直口寬度與平衡盤(pán)半徑的比為（90-70）/70=0.285。在設(shè)計(jì)比的要求范圍內(nèi)0.2～0.3，達(dá)到了理想的平衡效果。

修改后的閃速爐鍋爐給水泵的平衡盤(pán)使水室的受壓面積增大了，增大了平衡力F，抵消了作用于鍋爐給水泵轉(zhuǎn)子軸上的總軸向力A，從而減小了整臺(tái)泵的軸向竄動(dòng)［4］。

4.2 對(duì)葉輪與導(dǎo)葉的軸向?qū)χ兄匾暡粔?/p>

當(dāng)泵葉輪與導(dǎo)葉的軸向?qū)χ胁缓脮r(shí)，影響葉輪出口處的水流，水流受阻形成渦流，余下各級(jí)葉輪與導(dǎo)葉的軸向?qū)χ行允芷溆绊懀拐_(tái)泵的軸向推力向給水泵的進(jìn)水側(cè)逐步增加，一旦超過(guò)平衡裝置的平衡能力時(shí)，將引起密封面軸向間隙b2減小直至平衡盤(pán)和平衡板之間相互干磨損。

所以檢修鍋爐給水泵時(shí)，葉輪與導(dǎo)葉的軸向?qū)χ行员仨氁叨戎匾暎仨殰y(cè)量鍋爐給水泵總的軸向串量A，工作軸向串量B，調(diào)整B=A/2+（0.1～0.2mm），留出大于0.1mm小于0.2mm的軸向間隙b2，對(duì)整臺(tái)鍋爐給水泵的工作性能是非常重要。

4.3 平衡盤(pán)與平衡板材質(zhì)選用不當(dāng)

該泵的平衡盤(pán)材質(zhì)為灰鑄鐵，材質(zhì)對(duì)平衡裝置的影響是不容忽視的。一旦在選擇材質(zhì)方面出現(xiàn)了問(wèn)題，那么設(shè)備受損的幾率就會(huì)增加，這就不利于鍋爐給水泵的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。一方面因?yàn)槠胶庋b置組成部分之間的間隙較小，水流從高壓區(qū)到低壓區(qū)速度很快，對(duì)平衡裝置的沖刷很?chē)?yán)重；另一方面，水泵在起停及工況變化時(shí)瞬間的軸向力靠平衡盤(pán)與平衡盤(pán)座的直接接觸來(lái)承受，摩擦很?chē)?yán)重，可能會(huì)造成平衡盤(pán)和平衡板座咬死、干燒。

所以，應(yīng)該選用較為耐磨的材料，以降低磨損幾率，一般選擇采用高強(qiáng)度鑄鐵、不銹鋼、堆焊不銹鋼，而要求更高一些的則采用堆焊硬質(zhì)合金，需要我們注意的是，如果選擇了不銹鋼類(lèi)的材料時(shí)，就需要考慮其容易咬合的特性，對(duì)平衡盤(pán)、平衡板密封面的硬度做出要求，一般要求其硬度差最小為50HBW。

4.4 盤(pán)車(chē)問(wèn)題

一般來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期不運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)對(duì)鍋爐給水泵造成不良影響，因?yàn)槿~輪和轉(zhuǎn)子由于受到自身重量的原因會(huì)使泵軸在垂直方向受到向下重力作用，泵軸就容易彎曲變形，變形的泵軸在整臺(tái)泵的運(yùn)行中會(huì)對(duì)平衡裝置有一定程度的損壞。

因此我們可以通過(guò)規(guī)定盤(pán)車(chē)周期來(lái)預(yù)防，每次動(dòng)維護(hù)的時(shí)候使泵軸的停留位置發(fā)生120°左右的位置變化，以防止泵軸由自然重力彎曲變形為永久彎曲變形。

4.5 平衡盤(pán)與平衡環(huán)瓢偏過(guò)大

平衡盤(pán)和平衡環(huán)是否瓢偏同樣可引起平衡裝置的損壞，在確保密封面平行沒(méi)有偏斜現(xiàn)象情況下，使泵軸中心線(xiàn)與密封面的垂直度偏差控制0.05mm以?xún)?nèi)，否則平衡盤(pán)前側(cè)建立不了足夠壓力從而無(wú)法形成有效的平衡力，首先使百分表架的底部吸磁固定，然后使百分表固定在泵軸上，表針垂直作用在平衡環(huán)接觸面上，盤(pán)車(chē)使泵軸旋轉(zhuǎn)360°，觀查百分表的讀數(shù)變化，在保證整臺(tái)泵的裝配精度的同時(shí)可通過(guò)平衡環(huán)周?chē)潭菟氨皿w緊固螺栓進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.6 對(duì)轉(zhuǎn)子與殼體同心度調(diào)整重視不足

如果泵轉(zhuǎn)子的軸心線(xiàn)與殼體中心不在同一條直線(xiàn)上，將造成動(dòng)盤(pán)輪轂與均衡套間隙不均，平衡裝置的工作效率下降，情況嚴(yán)重時(shí)還可能使葉輪與葉輪密封環(huán)相互摩擦，由此引起整臺(tái)泵的振動(dòng)。由于軸頸兩端滑動(dòng)軸承對(duì)泵軸托起的距離不一樣，會(huì)使平衡盤(pán)發(fā)生偏斜現(xiàn)象，使平衡盤(pán)的磨損更加嚴(yán)重，因此泵軸的徑向?qū)χ幸彩欠浅Ｖ匾?］。

5 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中鍋爐給水泵的平衡盤(pán)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題［6］，這些問(wèn)題的出現(xiàn)，不僅會(huì)造成檢修頻繁、備件消耗多，而且會(huì)增加維修任務(wù)和檢修費(fèi)用。針對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的原因，進(jìn)行綜合分析和總結(jié)。及時(shí)采取正確的防治措施，從而保證鍋爐給水泵的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

［1］袁小坪， 郭建偉， 郭守祥， 等. 余熱鍋爐給水循環(huán)泵故障分析及處理［J］. 設(shè)備管理與維修， 2016（4）：88-90.

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［3］趙輝. 多級(jí)泵的軸向平衡［J］. 設(shè)備管理與維修， 2016（2）：35-36.

［4］路明， 何銘. 多級(jí)離心泵軸向力平衡裝置設(shè)計(jì)探討［J］. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2015（17）：66.

［5］許華峰. 離心泵軸向力的產(chǎn)生及平衡措施［J］. 中國(guó)設(shè)備工程，2015（12）：61-63.

［6］黃東明. 多級(jí)泵安裝及運(yùn)行中應(yīng)注意的技術(shù)問(wèn)題探討［J］. 化學(xué)工程與裝備， 2015（4）：160-162.

Balance Device Improvement on Multistage Feed Water Pump of Boiler

ZHU Zhong-xiang， YAO Peng
（JCC Guixi Smelter， Guixi 335424， Jiangxi， China）

This paper mainly introduces the cause of the easy-worn balance device of sectional multi-stage feed pump in flash furnace and to analyzes the structure and working principle of balance disc. The corresponding improvement measures are put forward by analyzing the axial force forming cause and balance mechanism of feed pump balance device in flash furnace to effectively improve the balance device， enhancing the quality of equipment maintenance and saving operation cost.

flash furnace；feed water pump；balance device；axial force；mechanism

TF806

B

1009-3842（2016）04-0082-04

2016-01-13

朱忠翔（1990-），男，江西鄱陽(yáng)人，主要從事機(jī)械設(shè)備的維修工作。E-mail： 420371851@qq.com