從鍋爐給水泵結構設計特點談檢修要點

（河北省大唐國際發電股份有限公司張家口發電廠，河北 張家口 075133）

一、結構簡介

以50CHTC5/6型鍋爐給水泵為例，泵為筒形雙殼體臥式多級離心泵，它是引進西德KSB公司技術由沈陽水泵廠制造，泵筒體的支撐泵腳是位于泵軸心線高度上焊在筒體上，用雙頭螺栓與臺板固定，泵芯裝在泵筒體內，泵蓋與泵體的密封采用金屬纏繞墊，吐出端軸封和平衡裝置均安裝在泵蓋上。泵芯是由吸入段、中段、葉輪及相應的導葉體以及泵軸等組成，所有泵芯的部件都是采用金屬面密封。轉子葉輪采用快裝方式，共6級葉輪。軸向力的平衡由水力平衡裝置和止推軸承共同完成，平衡裝置裝在泵蓋上，它包括平衡盤，平衡套和具有節流作用的支承環，該裝置平衡軸向力的90%左右，剩余軸向力由軸端的止推軸承來承受。徑向軸承是四油楔滑動軸承，軸向剖開的軸承被固定在軸承體內。

二、鍋爐給水泵受熱膨脹的結構設計

1.泵筒體的徑向膨脹的結構設計

1.1 結構設計特點

50CHTC5型鍋爐給水泵采用雙筒體芯包結構，外筒體安裝后不再拆裝，水泵進出口水管直接固定到外殼上，芯包的拆裝不用斷開管道接頭，可整體抽出進行檢修或替換。另外采用雙筒體結構主要目的是保證結構上對于軸線對稱，使泵受到劇烈熱沖擊時也能保證轉子與靜子的同心度，從而可以防止水泵在啟、停或工況變動時動靜磨損。

圖一 鍋爐給水泵軸向端面支撐結構示意圖

1.2 根據設計特點談檢修要點

由圖一結構可以看出，泵外筒在溫度變化時能夠保證泵筒中心不變，上、下徑向自由膨脹，芯包在外筒內也可以徑向自由膨脹。由于泵轉子的支撐軸瓦架固定在泵的端蓋部，泵轉子的中心在啟動和停泵時中心始終不變，而小機由于是臺板支撐，轉子的中心在啟機時由于溫度升高中心向上移動，因此在找中心時小機轉子聯軸器中心要比泵子聯軸器中心低0.07mm—0.10mm。

2.泵外筒體軸向膨脹結構設計

2.1 結構設計特點

由圖二可以看出泵外筒的死點位于驅動端，由左右兩個圓柱穩釘銷限制外筒只能向非驅動端移動，立銷限制泵外筒中心不產生左右偏移。

圖二 鍋爐給水泵的支撐和滑銷系統示意圖

2.2 根據設計特點談檢修要點

2.2.1 聯軸器找中心時，驅動端的支撐位置放置調整墊片時要錯開圓銷釘槽的位置，最后一定要打入圓銷釘，若出現錯位現象，要對圓銷釘修磨。

2.2.2 泵筒下的立銷，在找完中心后并且泵支撐螺栓緊死后，頂絲要松0.05mm-0.07mm的間隙，保證泵筒能夠自由膨脹。

2.2.3 找中心時，若有在泵筒側面打入的楔子，找完中心后一定要取掉。

2.2.4 驅動端的左右兩個支撐緊固螺栓要緊死，非驅動端的的兩個左右支撐緊固螺栓不能緊死，緊力為能使螺母下的墊片用手錘敲擊能夠產生輕微移動，這樣可以保證泵筒體能夠產生熱脹冷縮移動。

3.汽泵芯包靜子部件軸向膨脹結構設計

3.1 結構設計特點

從圖三結構設計可以看出，驅動端為兩個纏繞墊，非驅動端為五個纏繞墊，導葉體受熱時膨脹相對于泵外筒移動基本是向非驅動端移動。

圖三 汽泵芯包與外筒件的密封和補償示意圖

3.2 根據結構特點談檢修要點

3.2.1 多個纏繞墊間必須間隔剛墊，5個纏繞墊組成的密封和彈性補償一定要保證總厚度適合廠家出廠時的總厚度。

3.2.2 穿汽泵芯包時要做好防止碰傷纏繞墊的措施。

4.汽泵轉子結構及受熱膨脹

4.1 結構設計特點

汽泵轉子主要部件包括：泵軸、葉輪、平衡盤、推力盤、軸套、機械密封、聯軸器等。汽泵轉子相對于泵外筒的死點為非驅動端的推力盤，當轉子部件受熱膨脹時，以推力盤為基點向驅動端膨脹移動。

4.2 根據結構特點談檢修要點

由于汽動鍋爐給水泵在運行中的給水溫度一般為160℃-170℃，比泵冷態時高135℃-145℃，因此在冷態檢修時轉子的軸向位置調整要考慮熱膨脹因素。靜子部件的導葉體受熱膨脹相對泵外筒向非驅動端移動，轉子受熱膨脹相對泵外筒向驅動端移動，這樣冷態時如果葉輪出口中心與導葉出口中心對齊時，到熱態時相互膨脹就不會對齊。平衡盤與平衡板在檢修調整時留有0.25mm-0.40mm的平衡間隙，在設計時通過膨脹差的計算葉輪出口中心與導葉出口中心還有0.40mm-0.50mm的脹差值，為了保證鍋爐給水泵在運行中葉輪的出口中心與導葉的入口中心盡量對齊，因此我們在檢修調整轉子軸向定位時要使轉子偏移非驅動端0.40mm-0.50mm。

三、如何進行轉子軸向定位

1.測量泵轉子的總竄量，裝平衡裝置。

2.測轉子的調中值，1/2 總竄量 +（0-0.5mm）。

3.平衡間隙主要是用平衡盤后的調整環的厚度來調整，但要確保平衡裝置輪轂端面與末級葉輪輪轂端面的膨脹間隙1.5mm-2mm。

4.用推力瓦裝置的推力盤后的調整環調整，保證平衡間隙為0.25mm-0.40mm。

5.泵轉子向非驅動端的定位限制靠推力間隙，推力間隙用深度尺測非工作瓦塊平面至推力軸承蓋端面尺寸與推力盤至推力軸承座端面尺寸的差值。

四、轉子軸向力平衡的部件結構與設計原理

1.軸向力的產生

圖四 單吸葉輪受力分析示意圖

由于多級鍋爐給水泵的葉輪為單吸葉輪，運行中葉輪出口的液體絕大部分都經泵出口排出，但有極少量的液體經泵殼與葉輪之間的間隙流入葉輪兩側的環形空間。葉輪兩側的液體以葉輪旋轉角速度的一半旋轉，此時不同半徑處的液體壓力以二次拋物線規律分布。葉輪入口密封環以外的葉輪兩側的壓力分布是對稱的可以相互抵消，在葉輪入口處的軸向力F1分布是均勻的入口處液體入口壓力，在入口對面的壓力F2分布為二次拋物線分布，因此就會產生向入口方向的壓力差；另外葉輪入口液體流動方向由軸向轉變為徑向，由于運動方向的改變會產生向入口方向的沖擊力F3，因此在一個葉輪所產生的軸向力為F=F2-F1-F3，則5個葉輪所產生的總軸向力為5F。

2.軸向力的平衡

50CHTC5型鍋爐給水泵的軸向力平衡由平衡盤、平衡鼓、推力軸承、平衡管等組成，采用多種平衡方式主要是相互彌補，達到良好的平衡軸向力的效果。

圖五 平衡鼓和平衡盤平衡示意圖

2.1 平衡盤的平衡原理

依靠的是平衡盤兩側的壓力差，并且能夠利用平衡盤與平衡座之間的間隙變化自動維持這一壓力差，從而產生平衡力與軸向力相互平衡。當鍋爐給水泵正常運行時，末級葉輪出口處液體經過徑向間隙b后壓力降低到P1為平衡盤前的壓力，液體再經過軸向間隙b0后壓力降低到P0,此時在平衡盤兩側形成一個壓力差P1-P0作用在平衡盤的相應面積上，方向與軸向推力相反，這樣就起到平衡軸向推力作用。

鍋爐給水泵的運行負荷變化時，轉子的軸向推力就會發生變化，引起軸向間隙b0變化，泄流量就會發生變化，阻力損失就產生變化，平衡盤前的壓力P1就會增加（或減小），平衡盤后的壓力就會減小（或增加），建立了新的平衡關系，因此實現了自動平衡。

高壓鍋爐給水泵產生的軸向推力是很大的若只用平衡盤平衡，需要增加平衡盤的平衡面積，受結構的限制平衡盤的尺寸是受到限制，因此設有平衡鼓平衡來承受一多半的軸向推力。

2.2 平衡轂平衡原理

平衡轂的平衡原理也是利用壓力差平衡，泵出口液體壓力P2（即為平衡轂前壓力）經過徑向間隙b和軸向間隙b0后降低到P0，此時平衡鼓前后就會產生壓力差P2-P0作用在平衡轂相應面積上，方向與軸向推力相反，起到了平衡軸向推力作用。

2.3 平衡管與推力軸承平衡軸向力

為了維持平衡室的壓力P0，在平衡室與泵入口管道上接一根平衡管，這樣就會保證在任何運行條件下都能夠存在壓力差。對于高壓鍋爐給水泵，啟泵、停泵及負荷變化時，由于平衡力滯后于軸向推力，此時就會容易產生平衡盤與平衡座摩擦，嚴重時咬死現象，因此高壓鍋爐給水泵要裝設油膜式雙向推力軸承。

圖六 推力軸承瓦塊工作前后的瓦塊位置示意圖

2.4 油膜推力軸承平衡原理

靜止的水泵轉子呈現的狀態是推力瓦塊與推力盤的表面保持平行的，當轉動泵推力盤時，推力盤表面帶著潤滑油進入間隙到轉子產生軸向推力時，間隙中油層受到壓力，并傳遞到推力瓦塊。由于油壓所產生的合力F并不是作用在推力瓦塊的支撐肩上，而是偏在進油口一側，因此合力F與瓦塊支點的作用力F1形成一個力偶，使瓦塊產生輕微的偏轉，形成油楔。隨著瓦塊的偏轉，油壓合力向出油側偏移，當F移至F1作用點時，瓦塊便保持平衡位置，油楔中的壓力與軸向推力保持平衡狀態。

2.5 調整平衡間隙和推力間隙的檢修要點

2.5.1 測量泵轉子的總竄量，裝平衡裝置。

2.5.2 測轉子的調中值，1/2 總竄量 +（0.4mm-0.5mm）。

2.5.3 平衡間隙主要是用平衡盤后的調整環的厚度來調整，但要確保平衡裝置輪轂端面與末級葉輪輪轂端面的膨脹間隙1.5mm-2mm。

2.5.4 平衡間隙是靠推力盤與工作推力瓦保證，調整是靠推力盤后的調整環厚度進行調整。

2.5.5 推力間隙主要用來限制泵負荷變化或其他原因引起泵轉子竄動。

2.5.6 調整推力間隙主要是調整推力盤緊貼工作推力瓦，測量非工作推力瓦工作面至推力瓦端蓋端面的尺寸與推力盤非工作面至推力瓦座端面尺寸之差。

[2]郭立君主編.泵與風機.高等學校教材.