硫酸廠鍋爐給水泵運行現狀分析及對策措施

梁家強

【摘 要】給水泵是工業蒸汽鍋爐重要的組成部分，其運行質量對鍋爐系統的安全穩定性具有較大的影響。為此，本文結合實際工程案例，通過介紹鍋爐給水泵運行的現狀，重點分析了給水泵平衡裝置的受力情況，并針對運行過程中的問題提出了有效的措施，以供實踐參考。

【關鍵詞】鍋爐給水泵；平衡裝置；配合間隙；對策措施

隨著社會經濟建設的快速發展，城市工業建設規模得到進一步擴大，大型硫酸廠數量日益增加。鍋爐給水泵是硫酸廠的重要設備之一，它適用于輸送溫度低于110℃的清水或物理化學性質類似的無腐蝕性的其他液體，在硫酸廠供水方面發揮著不可替代的作用，同時鍋爐給水泵在壓力容器供水、熱水循環、水力沖洗和環境保護等領域也得到廣泛的應用。但目前部分給水泵在運行過程中容易出現設備振動異常、揚程降低、零部件磨損嚴重和運行周期短等問題，不僅給鍋爐日常的供水帶來諸多的不便，而且也影響到硫酸成的正常生產，造成生產效率及經濟利益低下。因此，設備人員必須分析鍋爐給水泵運行問題產生的原因，采取有效措施進行控制，以提高鍋爐給水泵的運行效率。

1 存在的問題

某硫酸廠制酸裝置廢熱系統設有兩臺多級給水泵，流量46m3/h3，揚程60m，輸送介質為104℃的脫鹽水。剛開始投運時，泵的運行周期很短、檢修頻率高（單機運行時間不過20天），嚴重影響了鍋爐的正常供水，制約了生產的正常運行。主要存在的問題是：

（1）設備振動大、電流超標，無法持續運行；

（2）泵解體后發現平衡盤、平衡環磨損太快，泵軸彎曲變形及軸套壓裂；

（3）葉輪與泵體中段磨損，平衡盤與節流套間隙磨損加大；

（4）葉輪與軸及鍵配合較松。

2 平衡裝置受力分析

圖1 多級泵平衡裝里結構

圖2 軸向間隙b0內的壓力差分布

針對以上問題，結合實際運行狀態對泵的平衡裝置受力和配合間隙進行了分析和計算。

2.1 平衡裝t實際運行狀態分析

當泵運行時，平衡盤隨軸旋轉，與泵殼上的平衡環之間的軸向間隙（b0）保持在0.10～0.25mm。在運行過程中，這個間隙因受力情況而忽大忽小地變化，靠平衡盤兩側的壓力差自動地平衡轉子的軸向推力。轉子在軸向的竄動量為0.10～0.15mm，竄動的次數為每分鐘10、20次。因此，運行中平衡盤和平衡環是經常直接接觸而發生摩擦的。在安裝和修理推力平衡裝置時，嚴格要求平衡盤與平衡環的兩個工作端面相互平行而沒有偏斜現象。如果平衡盤與平衡環不夠平行或端面凹凸不平，則在運行中就會造成大量的流體漏泄，平衡室內便不能夠保持平衡轉子軸向推力所必需的壓力，因此軸向推力就會使平衡盤與平衡環互相壓緊而產生摩擦，最后，必然產生高熱以致平衡盤和平衡環磨損或破壞。

2.2 平衡裝！受力及配合間隙的分析計算

多級給水泵平衡裝置的結構及壓力差分布如圖1和圖2所示。

圖中：

P1—軸向間隙b0內壓力；

p2—末級葉輪出口處流體壓力；

p3—末級葉輪后徑向間隙b，進口處壓力；

p4—平衡盤腔內壓力；

p5—平衡管進口處壓力；

p6—平衡盤后端壓力；

s—葉輪壁厚；

Φ—壓力降系數；

Δp—平衡機構前后的壓力差，Δp=p3-p6；

L0—平衡盤內外圓之間的距離；

Rw—平衡盤外圓半徑；

Rn—平衡盤內圓半徑。

作用在平衡盤上的總平衡力為：

p=p■+p■=1/3[（1-Φ）（R■+R■R■）+（1+2Φ）R■■-3R■■]πΔp■（1）

式中：Φ—壓力降系數，可從Φ與b0、Rw/Rn的關系曲線查出；

Rh—葉輪輪毅半徑；

Δp2—可從算式γδH=Φδp2得到。

根據連續條件，徑向間隙的泄漏量等于軸向間隙的泄漏量，即：

q=μ■πd■b■（2gΔp■/γ）■（2）

其中：μ■=1/（1+0.5η+λl■/2b■）■

式中：q—泄漏量；

μ1—速度系數；

dh—輪毅直徑；

l1—節流套長度；

η—圓角系數；

γ—液體重度；

Δp1—軸向間隙b。內產生的平衡力；

λ—阻力系數。

從以上分析計算可知，徑向間隙（節流套與軸的間隙）b1與泵的制造、裝配、液體勃度、輸送介質有關，通過徑向間隙的泄漏量等于通過軸向間隙（平衡盤與平衡環的間隙）b0的泄漏量。對常溫清水泵，通常b1=0.20～0.50mm，b1最小值不得低于0.15mm。另外，軸向間隙b0與徑向間隙b1、節流套長度l1存在下列關系：b0∝b1/l1，即軸向間隙與徑向間隙成正比，與節流套長度成反比。節流套長度愈長，軸向間隙就愈小，平衡盤與平衡環之間就越容易產生摩擦。對于DG46-50x12多級泵而言，節流套長度l1是一個定值，因此b0與b1有著密不可分的關系，b1數值愈大，則b0數值愈大，即b1對平衡盤與平衡環之間的裝配尺寸的影響愈大。這一點得到了實踐的證實。在對DG46-50xlZ泵解體后發現，實測徑向間隙b1為1.2mm，此間隙過大，起不到節流平衡的作用。

3 采取的措施

根據以上分析，在實際檢修過程中采取了以下措施：

（1）要求泵備件的徑向間隙b、必須小于0.50mm，并且裝配時將軸向間隙b。嚴格控制在0.10～0.25mm；另外要求供貨商提高節流套等備件的制造質量。

（2）裝配葉輪時，首先應檢查鍵與鍵槽的配合是否緊密，以確保穩固可靠的連接。正規裝配時，鍵寬過盈0.009～0.012mm，頂端間隙為0.04～0.10mm。

（3）檢修完畢試車前要打開進口閥用熱水預熱，因為轉子上的零件材料分別為鋼件與鑄件，兩者熱膨脹系數不一樣。為防止葉輪、平衡盤、軸套等零部件因為熱膨脹而相互頂死，產生擠壓應力，造成泵軸彎曲變形及軸套壓裂，當泵組裝完畢預緊后，軸向間隙之和應保持在0.3～0.5范圍內，即轉子預緊后必須將軸端鎖緊螺母擰松72～120°。

（4）安裝泵體、導葉間防轉定位銷時，定位銷與泵體銷孔之間應保持0.02～0.04mm的過盈量，定位銷與導葉銷孔之間應保持1.0～1.5mm的間隙量，其目的是為了穩定一級葉輪進口的流量和壓力，減小振動。

（5）確保平衡盤、平衡套、平衡環選用正確的材質。平衡盤、平衡套用HT250灰口鑄鐵（相當于舊標準的HT25-47）制造加工，平衡環改用青銅制造加工，以抵抗磨損，延長零件的使用壽命。

（6）裝配平衡盤與平衡環時，其工作端面對軸中心線的不垂直度一般不應超過0.03mm。如發現平衡盤或平衡環偏斜時，必須仔細修刮、研磨或調整端面，直到兩個端面可嚴密接觸為止。

（7）多級泵使用說明書要求泵軸套裝“O”形密封圈的槽深為（2.7土0.1）mm，“0”形密封圈規格為Φ45mm×3.1mm。但實際上，軸套裝“O”形密封圈的槽深為4.1mm，Φ45mm×3.1mm的“O，形密封圈裝上以后，軸向根本就無法密封，致使大量的流體沿軸向流人軸承箱內，使潤滑脂乳化，造成軸承的使用壽命減短。為此，必須對備件規格尺寸提出要求，保證軸套裝“O”形密封圈的槽深為（2.7土0.1）mm。“0”形密封圈的材料為丁睛橡膠，具有優異的耐油性能及作為密封材料所需要的機械強度和耐磨性能。

（8）葉輪與軸預裝完畢后，在無磨擦狀態下水平放置，在360°圓周上選取4點，測定每一級葉輪的徑向跳動值，以保證轉子的整體同心。整個轉子組裝后的徑向跳動值須小于0.08mm。

（9）裝配平衡盤及平衡環時，也應在360°圓周上選取4點，測定其工作端面的徑向跳動值，以保證整個轉子的徑向跳動小于0.08mm。調整平衡盤時，可在平衡盤與末級葉輪之間插人一張厚20.00mm的墊子，然后預緊轉子，測定此時平衡盤與平衡環之間的間隙。如果測得的尺寸確實是在20.10～20.20mm范圍，就說明平衡盤與平衡環之間的間隙在0.10～0.20mm之間，裝配尺寸達到要求。也可將紙條分別粘貼在平衡盤的四周上，然后將其推向平衡環并貼緊，再抽動紙條以檢驗它們之間是否完全貼合。

（10）裝配時應注意使首級葉輪流道中心線與泵蝸殼流道中心線保持一致，二者同心度偏差不超過0.5mm，以保證泵的效率。當中心線找好后，可在聯軸器端鎖緊螺母前打上印記，以便下次檢修時調整。

4 結束語

綜上所述，給水泵運行效率對鍋爐的供水有著重要的影響。因此，設備管理人員必須提高對給水泵的認識，通過采取有效的措施解決好給水泵運行過程中的問題，以保證鍋爐供水的正常。本工程通過上述的措施，給水泵的運行周期延長至2年，且降低了設備的檢修頻率和檢修費用，提高了設備的運行效率，運行效果也得到業界一致的好評。

【參考文獻】

[1]何群.鍋爐給水泵平衡裝置磨損的原因分析及處理方法[J].通用機械，2010（01）.

[2]譚遠福.電廠鍋爐給水泵優化設計及組裝分析[J].華東科技，2013（01）.

[責任編輯：楊玉潔]