梁家強(qiáng)

【摘 要】給水泵是工業(yè)蒸汽鍋爐重要的組成部分，其運(yùn)行質(zhì)量對(duì)鍋爐系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性具有較大的影響。為此，本文結(jié)合實(shí)際工程案例，通過(guò)介紹鍋爐給水泵運(yùn)行的現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析了給水泵平衡裝置的受力情況，并針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題提出了有效的措施，以供實(shí)踐參考。

【關(guān)鍵詞】鍋爐給水泵；平衡裝置；配合間隙；對(duì)策措施

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，城市工業(yè)建設(shè)規(guī)模得到進(jìn)一步擴(kuò)大，大型硫酸廠數(shù)量日益增加。鍋爐給水泵是硫酸廠的重要設(shè)備之一，它適用于輸送溫度低于110℃的清水或物理化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似的無(wú)腐蝕性的其他液體，在硫酸廠供水方面發(fā)揮著不可替代的作用，同時(shí)鍋爐給水泵在壓力容器供水、熱水循環(huán)、水力沖洗和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域也得到廣泛的應(yīng)用。但目前部分給水泵在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)設(shè)備振動(dòng)異常、揚(yáng)程降低、零部件磨損嚴(yán)重和運(yùn)行周期短等問(wèn)題，不僅給鍋爐日常的供水帶來(lái)諸多的不便，而且也影響到硫酸成的正常生產(chǎn)，造成生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)利益低下。因此，設(shè)備人員必須分析鍋爐給水泵運(yùn)行問(wèn)題產(chǎn)生的原因，采取有效措施進(jìn)行控制，以提高鍋爐給水泵的運(yùn)行效率。

1 存在的問(wèn)題

某硫酸廠制酸裝置廢熱系統(tǒng)設(shè)有兩臺(tái)多級(jí)給水泵，流量46m3/h3，揚(yáng)程60m，輸送介質(zhì)為104℃的脫鹽水。剛開(kāi)始投運(yùn)時(shí)，泵的運(yùn)行周期很短、檢修頻率高（單機(jī)運(yùn)行時(shí)間不過(guò)20天），嚴(yán)重影響了鍋爐的正常供水，制約了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。主要存在的問(wèn)題是：

（1）設(shè)備振動(dòng)大、電流超標(biāo)，無(wú)法持續(xù)運(yùn)行；

（2）泵解體后發(fā)現(xiàn)平衡盤(pán)、平衡環(huán)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(pán)與節(jié)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(jí)泵平衡裝里結(jié)構(gòu)

圖2 軸向間隙b0內(nèi)的壓力差分布

針對(duì)以上問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)對(duì)泵的平衡裝置受力和配合間隙進(jìn)行了分析和計(jì)算。

2.1 平衡裝t實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)分析

當(dāng)泵運(yùn)行時(shí)，平衡盤(pán)隨軸旋轉(zhuǎn)，與泵殼上的平衡環(huán)之間的軸向間隙（b0）保持在0.10～0.25mm。在運(yùn)行過(guò)程中，這個(gè)間隙因受力情況而忽大忽小地變化，靠平衡盤(pán)兩側(cè)的壓力差自動(dòng)地平衡轉(zhuǎn)子的軸向推力。轉(zhuǎn)子在軸向的竄動(dòng)量為0.10～0.15mm，竄動(dòng)的次數(shù)為每分鐘10、20次。因此，運(yùn)行中平衡盤(pán)和平衡環(huán)是經(jīng)常直接接觸而發(fā)生摩擦的。在安裝和修理推力平衡裝置時(shí)，嚴(yán)格要求平衡盤(pán)與平衡環(huán)的兩個(gè)工作端面相互平行而沒(méi)有偏斜現(xiàn)象。如果平衡盤(pán)與平衡環(huán)不夠平行或端面凹凸不平，則在運(yùn)行中就會(huì)造成大量的流體漏泄，平衡室內(nèi)便不能夠保持平衡轉(zhuǎn)子軸向推力所必需的壓力，因此軸向推力就會(huì)使平衡盤(pán)與平衡環(huán)互相壓緊而產(chǎn)生摩擦，最后，必然產(chǎn)生高熱以致平衡盤(pán)和平衡環(huán)磨損或破壞。

2.2 平衡裝！受力及配合間隙的分析計(jì)算

多級(jí)給水泵平衡裝置的結(jié)構(gòu)及壓力差分布如圖1和圖2所示。

圖中：

P1—軸向間隙b0內(nèi)壓力；

p2—末級(jí)葉輪出口處流體壓力；

p3—末級(jí)葉輪后徑向間隙b，進(jìn)口處壓力；

p4—平衡盤(pán)腔內(nèi)壓力；

p5—平衡管進(jìn)口處壓力；

p6—平衡盤(pán)后端壓力；

s—葉輪壁厚；

Φ—壓力降系數(shù)；

Δp—平衡機(jī)構(gòu)前后的壓力差，Δp=p3-p6；

L0—平衡盤(pán)內(nèi)外圓之間的距離；

Rw—平衡盤(pán)外圓半徑；

Rn—平衡盤(pán)內(nèi)圓半徑。

作用在平衡盤(pán)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(shù)，可從Φ與b0、Rw/Rn的關(guān)系曲線查出；

Rh—葉輪輪毅半徑；

Δp2—可從算式γδH=Φδp2得到。

根據(jù)連續(xù)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(shù)；

dh—輪毅直徑；

l1—節(jié)流套長(zhǎng)度；

η—圓角系數(shù)；

γ—液體重度；

Δp1—軸向間隙b。內(nèi)產(chǎn)生的平衡力；

λ—阻力系數(shù)。

從以上分析計(jì)算可知，徑向間隙（節(jié)流套與軸的間隙）b1與泵的制造、裝配、液體勃度、輸送介質(zhì)有關(guān)，通過(guò)徑向間隙的泄漏量等于通過(guò)軸向間隙（平衡盤(pán)與平衡環(huán)的間隙）b0的泄漏量。對(duì)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(jié)流套長(zhǎng)度l1存在下列關(guān)系：b0∝b1/l1，即軸向間隙與徑向間隙成正比，與節(jié)流套長(zhǎng)度成反比。節(jié)流套長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，軸向間隙就愈小，平衡盤(pán)與平衡環(huán)之間就越容易產(chǎn)生摩擦。對(duì)于DG46-50x12多級(jí)泵而言，節(jié)流套長(zhǎng)度l1是一個(gè)定值，因此b0與b1有著密不可分的關(guān)系，b1數(shù)值愈大，則b0數(shù)值愈大，即b1對(duì)平衡盤(pán)與平衡環(huán)之間的裝配尺寸的影響愈大。這一點(diǎn)得到了實(shí)踐的證實(shí)。在對(duì)DG46-50xlZ泵解體后發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)徑向間隙b1為1.2mm，此間隙過(guò)大，起不到節(jié)流平衡的作用。

3 采取的措施

根據(jù)以上分析，在實(shí)際檢修過(guò)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(shí)將軸向間隙b。嚴(yán)格控制在0.10～0.25mm；另外要求供貨商提高節(jié)流套等備件的制造質(zhì)量。

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

（3）檢修完畢試車(chē)前要打開(kāi)進(jìn)口閥用熱水預(yù)熱，因?yàn)檗D(zhuǎn)子上的零件材料分別為鋼件與鑄件，兩者熱膨脹系數(shù)不一樣。為防止葉輪、平衡盤(pán)、軸套等零部件因?yàn)闊崤蛎浂嗷ロ斔?，產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，造成泵軸彎曲變形及軸套壓裂，當(dāng)泵組裝完畢預(yù)緊后，軸向間隙之和應(yīng)保持在0.3～0.5范圍內(nèi)，即轉(zhuǎn)子預(yù)緊后必須將軸端鎖緊螺母擰松72～120°。

（4）安裝泵體、導(dǎo)葉間防轉(zhuǎn)定位銷(xiāo)時(shí)，定位銷(xiāo)與泵體銷(xiāo)孔之間應(yīng)保持0.02～0.04mm的過(guò)盈量，定位銷(xiāo)與導(dǎo)葉銷(xiāo)孔之間應(yīng)保持1.0～1.5mm的間隙量，其目的是為了穩(wěn)定一級(jí)葉輪進(jìn)口的流量和壓力，減小振動(dòng)。

（5）確保平衡盤(pán)、平衡套、平衡環(huán)選用正確的材質(zhì)。平衡盤(pán)、平衡套用HT250灰口鑄鐵（相當(dāng)于舊標(biāo)準(zhǔn)的HT25-47）制造加工，平衡環(huán)改用青銅制造加工，以抵抗磨損，延長(zhǎng)零件的使用壽命。

（6）裝配平衡盤(pán)與平衡環(huán)時(shí)，其工作端面對(duì)軸中心線的不垂直度一般不應(yīng)超過(guò)0.03mm。如發(fā)現(xiàn)平衡盤(pán)或平衡環(huán)偏斜時(shí)，必須仔細(xì)修刮、研磨或調(diào)整端面，直到兩個(gè)端面可嚴(yán)密接觸為止。

（7）多級(jí)泵使用說(shuō)明書(shū)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(guī)格為Φ45mm×3.1mm。但實(shí)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(wú)法密封，致使大量的流體沿軸向流人軸承箱內(nèi)，使?jié)櫥榛?，造成軸承的使用壽命減短。為此，必須對(duì)備件規(guī)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?！?”形密封圈的材料為丁睛橡膠，具有優(yōu)異的耐油性能及作為密封材料所需要的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能。

（8）葉輪與軸預(yù)裝完畢后，在無(wú)磨擦狀態(tài)下水平放置，在360°圓周上選取4點(diǎn)，測(cè)定每一級(jí)葉輪的徑向跳動(dòng)值，以保證轉(zhuǎn)子的整體同心。整個(gè)轉(zhuǎn)子組裝后的徑向跳動(dòng)值須小于0.08mm。

（9）裝配平衡盤(pán)及平衡環(huán)時(shí)，也應(yīng)在360°圓周上選取4點(diǎn)，測(cè)定其工作端面的徑向跳動(dòng)值，以保證整個(gè)轉(zhuǎn)子的徑向跳動(dòng)小于0.08mm。調(diào)整平衡盤(pán)時(shí)，可在平衡盤(pán)與末級(jí)葉輪之間插人一張厚20.00mm的墊子，然后預(yù)緊轉(zhuǎn)子，測(cè)定此時(shí)平衡盤(pán)與平衡環(huán)之間的間隙。如果測(cè)得的尺寸確實(shí)是在20.10～20.20mm范圍，就說(shuō)明平衡盤(pán)與平衡環(huán)之間的間隙在0.10～0.20mm之間，裝配尺寸達(dá)到要求。也可將紙條分別粘貼在平衡盤(pán)的四周上，然后將其推向平衡環(huán)并貼緊，再抽動(dòng)紙條以檢驗(yàn)它們之間是否完全貼合。

（10）裝配時(shí)應(yīng)注意使首級(jí)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(guò)0.5mm，以保證泵的效率。當(dāng)中心線找好后，可在聯(lián)軸器端鎖緊螺母前打上印記，以便下次檢修時(shí)調(diào)整。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，給水泵運(yùn)行效率對(duì)鍋爐的供水有著重要的影響。因此，設(shè)備管理人員必須提高對(duì)給水泵的認(rèn)識(shí)，通過(guò)采取有效的措施解決好給水泵運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題，以保證鍋爐供水的正常。本工程通過(guò)上述的措施，給水泵的運(yùn)行周期延長(zhǎng)至2年，且降低了設(shè)備的檢修頻率和檢修費(fèi)用，提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，運(yùn)行效果也得到業(yè)界一致的好評(píng)。

【參考文獻(xiàn)】

[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(jī)械，2010（01）.

[2]譚遠(yuǎn)福.電廠鍋爐給水泵優(yōu)化設(shè)計(jì)及組裝分析[J].華東科技，2013（01）.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]