鍋爐多級給水泵平衡裝置的改進

朱忠翔，姚 鵬

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

鍋爐多級給水泵平衡裝置的改進

朱忠翔，姚 鵬

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

主要介紹閃速爐分段式多級給水泵平衡裝置容易磨損的原因和對平衡盤的結構及其工作原理進行分析，并通過分析閃速爐鍋爐給水泵平衡裝置軸向力產生的原因和平衡機理，提出相應的改進措施，對平衡裝置進行有效的改進，以提高設備的檢修質量，節約運行成本。

關健詞：閃速爐；給水泵；平衡裝置；軸向力；機理

1 引言

江銅集團貴溪冶煉廠二系統動力中心有4臺閃速爐鍋爐給水泵，2臺運行2臺備用，為新系統閃速爐鍋爐的穩定運行而交替工作，為閃速爐鍋爐提供達標的生產純水，閃速爐鍋爐給水泵運行情況的好壞直接影響鍋爐是否能安全平穩運行。

閃速爐鍋爐給水泵為分段式多級鍋爐給水泵，該泵里面葉輪級數為九級，而出于對泵軸形成支撐結構的考慮，在整臺泵的兩端使用帶甩油環的滑動軸承，泵產生的軸向力通過設在末級葉輪后平衡室內的平衡裝置自動調節平衡［1］。填料密封形式在閃速爐鍋爐給水泵中廣泛運用。在實際生產中，閃速爐鍋爐給水泵的平衡裝置多次損壞，頻繁切換，嚴重影響了閃速爐鍋爐長周期安全穩定運行，也增加了檢修任務和維修費用。

閃速爐鍋爐的配套給水泵性能參數表見表1所示：

表1 閃速爐鍋爐給水泵主要性能參數

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、平衡盤和平衡管等。平衡裝置裝在鍋爐給水泵的末級葉輪之后，平衡盤隨泵的轉子一起旋轉、平衡板固定在泵體上是不動的。

圖1 平衡裝置工作原理和平衡盤壓差示意圖

從上面給出的結構原理圖中我們可以獲知，該平衡盤裝置中存在著兩個很關鍵的間隙：其中一個指的是平衡盤內端面與平衡板間的軸向間隙（水膜厚度），在圖中用b2進行表示，通常在0.1～0.2mm之間，當其處在運轉過程當中時，則會減小到0.02～0.05mm之間。還有一個間隙是平衡盤輪轂外圓柱面與平衡板內表面之間的徑向間隙，在圖中用b1進行表示，通常這一間隙范圍在0.2～0.3mm之間。

平衡盤后面的平衡室與鍋爐給水泵進水口相連通。徑向間隙b1前對應的壓力可用p2來表示，也就是該泵末級葉輪后泵腔對應的壓力值。流通介質通過徑向間隙b1后壓力下降為p4，再經過軸向間隙b2降至與進水口壓力相同的壓力p5。平衡盤前面的壓力p4大于平衡盤后面的壓力p5時，其壓差產生的平衡力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，當軸向力A超過了平衡力F，就會使鍋爐給水泵轉子往前移，那么軸向間隙b2的值就會變小，相對應的間隙阻力增大，流體介質泄漏量Q減小。當Q值變小，經過徑向間隙b1的介質的壓差△P1（即p2和p4相減的值）減小，這樣就使平衡盤前面的壓力p4變大。所以△P2（即p4和p5相減的值）也會相應的變大，從而平衡力F也相應的增大。

隨著鍋爐給水泵的轉子往前移動，從而使平衡力F逐漸增大，當泵轉子往前移動到一定位置能使平衡力F和軸向力A相等，從而達到短暫的平衡狀態。相同道理，當軸向力A小于平衡力F時，泵轉子往后移動到一定位置時，能使平衡力F減小到與軸向力A相等，從而達到短暫的平衡狀態，所以平衡裝置的平衡原理是靠平衡盤和平衡板之間相對運動的變化來實現的。

3 閃速爐鍋爐給水泵平衡裝置存在的問題

在閃速爐鍋爐給水泵實際工作過程中，位于末級葉輪處的平衡裝置引發的問題較為頻繁。

在檢修閃速爐鍋爐給水泵的過程中發現，末級葉輪處的平衡裝置引發的問題基本上可以歸納為以下幾種情況：

（1）轉子向泵的進水口方向竄動，導致該泵的葉輪出口與導葉入口的對中性被破壞，而這種變化對整臺泵的運行會產生不良影響，使其振動加劇，同時工作效率下降。

（2）導葉密封環和葉輪密封環之間相互摩擦，從而擴大了導葉和葉輪之間的間隙，從而使各級葉輪間出現了更嚴重的泄漏現象，這種情況會使電機工作電流增大。

（3）平衡裝置的磨損量超過預留給電機和泵聯軸器之間的間隙，就會對電機產生巨大的軸向推力，從而損壞電機內部的軸承。

（4）出現較大程度的磨損情況時，鍋爐給水泵中的葉輪同葉輪密封環和泵體相互摩擦，導致電機電流劇烈變化，容易使泵產生嚴重破壞［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

壓差所產生的平衡力在平衡盤上的作用情況［3］，能夠通過分步驟的計算來得出結果：F等于F1和F2的相加之和。

一部分屬于r0到r1區間內的作用力：

另一部分屬于r1到r2區間內的作用力：

F代表著軸向平衡力，其單位用N 來表示；r2代表著平衡盤外圓半徑，其基本單位為m；r1代表著平衡盤內圓半徑，其基本單位為m；r0代表著平衡盤輪轂半徑，其基本單位為m；△P2代表著平衡盤前后的壓差，其基本單位為Pa；a代表著軸向間隙進口壓降損失系數，通常其值的區間范圍為0.2～0.25。

通過上述內容，我們能夠發現平衡盤產生的平衡力F的值是同r2、r1、r、a和△P2這些因素相關聯的，但r0的值是不能夠隨意改變的，因為它取決于結構形式的變化。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，就應增大r1或者△P2。

根據設計要求，一般鍋爐給水泵的平衡盤止口寬度L0=r2-r1與平衡盤半徑r1之比（L0/r1）為0.2～0.3。

閃速爐給水泵原來平衡盤尺寸大小如圖2所示：

圖2 原閃速爐鍋爐給水泵平衡盤的尺寸大小

原來平衡盤直口寬度與平衡盤半徑的比為（90-67.5）/67.5=0.33，超過了設計比的最大要求值0.3。

修改后的平衡盤尺寸如圖3所示：

圖3 修改后閃速爐鍋爐給水泵平衡盤的尺寸大小

修改后平衡盤直口寬度與平衡盤半徑的比為（90-70）/70=0.285。在設計比的要求范圍內0.2～0.3，達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子軸上的總軸向力A，從而減小了整臺泵的軸向竄動［4］。

4.2 對葉輪與導葉的軸向對中重視不夠

當泵葉輪與導葉的軸向對中不好時，影響葉輪出口處的水流，水流受阻形成渦流，余下各級葉輪與導葉的軸向對中性受其影響，使整臺泵的軸向推力向給水泵的進水側逐步增加，一旦超過平衡裝置的平衡能力時，將引起密封面軸向間隙b2減小直至平衡盤和平衡板之間相互干磨損。

所以檢修鍋爐給水泵時，葉輪與導葉的軸向對中性必須要高度重視，必須測量鍋爐給水泵總的軸向串量A，工作軸向串量B，調整B=A/2+（0.1～0.2mm），留出大于0.1mm小于0.2mm的軸向間隙b2，對整臺鍋爐給水泵的工作性能是非常重要。

4.3 平衡盤與平衡板材質選用不當

該泵的平衡盤材質為灰鑄鐵，材質對平衡裝置的影響是不容忽視的。一旦在選擇材質方面出現了問題，那么設備受損的幾率就會增加，這就不利于鍋爐給水泵的長期穩定運行。一方面因為平衡裝置組成部分之間的間隙較小，水流從高壓區到低壓區速度很快，對平衡裝置的沖刷很嚴重；另一方面，水泵在起停及工況變化時瞬間的軸向力靠平衡盤與平衡盤座的直接接觸來承受，摩擦很嚴重，可能會造成平衡盤和平衡板座咬死、干燒。

所以，應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合金，需要我們注意的是，如果選擇了不銹鋼類的材料時，就需要考慮其容易咬合的特性，對平衡盤、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 盤車問題

一般來說，長期不運轉會對鍋爐給水泵造成不良影響，因為葉輪和轉子由于受到自身重量的原因會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，變形的泵軸在整臺泵的運行中會對平衡裝置有一定程度的損壞。

因此我們可以通過規定盤車周期來預防，每次動維護的時候使泵軸的停留位置發生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 平衡盤與平衡環瓢偏過大

平衡盤和平衡環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有偏斜現象情況下，使泵軸中心線與密封面的垂直度偏差控制0.05mm以內，否則平衡盤前側建立不了足夠壓力從而無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接觸面上，盤車使泵軸旋轉360°，觀查百分表的讀數變化，在保證整臺泵的裝配精度的同時可通過平衡環周圍固定螺栓及泵體緊固螺栓進行適當調整。

4.6 對轉子與殼體同心度調整重視不足

如果泵轉子的軸心線與殼體中心不在同一條直線上，將造成動盤輪轂與均衡套間隙不均，平衡裝置的工作效率下降，情況嚴重時還可能使葉輪與葉輪密封環相互摩擦，由此引起整臺泵的振動。由于軸頸兩端滑動軸承對泵軸托起的距離不一樣，會使平衡盤發生偏斜現象，使平衡盤的磨損更加嚴重，因此泵軸的徑向對中也是非常重要［5］。

5 結語

在實際運行過程中鍋爐給水泵的平衡盤經常會出現一些問題［6］，這些問題的出現，不僅會造成檢修頻繁、備件消耗多，而且會增加維修任務和檢修費用。針對出現問題的原因，進行綜合分析和總結。及時采取正確的防治措施，從而保證鍋爐給水泵的安全平穩運行。

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

［2］白章琪.余熱鍋爐給水泵故障分析及處理［J］.云南化工， 2016（1）：72-74.

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

［4］路明， 何銘. 多級離心泵軸向力平衡裝置設計探討［J］. 科技創新與應用， 2015（17）：66.

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

［6］黃東明. 多級泵安裝及運行中應注意的技術問題探討［J］. 化學工程與裝備， 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，江西鄱陽人，主要從事機械設備的維修工作。E-mail： 420371851@qq.com