SQ300-670型汽動(dòng)給水泵前置泵低流量串軸能耗大原因及治理N(國(guó)際寧德)

1、SQ300-670型汽泵前置泵低流量時(shí)串軸、能耗大原因分析及治理馬占兵劉瑞劉勇鄧建蔚（福建大唐國(guó)際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司，福建寧德355006）摘要：通過(guò)對(duì)汽動(dòng)給水泵前置泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，對(duì)低流量串軸、能耗大原因進(jìn)行分析，找岀引起引起水泵穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì) 性差的主要原因，提岀解決的方法和措施，并予以實(shí)施。關(guān)鍵詞： 穩(wěn)定性、比轉(zhuǎn)數(shù)、揚(yáng)程、效率、汽蝕余量、軸承溫度一、概述大唐國(guó)際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司兩臺(tái)超臨界600MW機(jī)組汽動(dòng)給水泵系統(tǒng)配置 4臺(tái)上海KSB泵有限公司生產(chǎn)的50%容量SQ300-670型電動(dòng)前置泵。其主要設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)如下：型號(hào)為 SQ300-670,設(shè)計(jì)流 量Q= 1177m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程

2、 H= 147m,轉(zhuǎn)速n = 1490r/min，設(shè)計(jì)效率n = 83.5%。配用上海電機(jī)廠生產(chǎn) 的630KW/電動(dòng)機(jī)。二、存在的問(wèn)題：自06年6月機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，4臺(tái)汽前泵一直存在著低流量時(shí)轉(zhuǎn)子抖動(dòng)串軸，多次造成機(jī)械密封、 非驅(qū)動(dòng)端推力軸承損壞和機(jī)械密封冷卻腔密封墊泄漏，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)“啃軸”，正常運(yùn)行時(shí)非驅(qū)動(dòng)端軸承溫度經(jīng)常高達(dá) 65 70C，經(jīng)了解該產(chǎn)品在其它電廠使用狀況與我公司相似，在安全性上都存在著同樣 的問(wèn)題。出于安全、經(jīng)濟(jì)各方面考慮，我公司與科研單位合作共同對(duì)其進(jìn)行治理、改造。為改進(jìn)提供 科學(xué)依據(jù)，首先進(jìn)行了改前性能診斷測(cè)試 ，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1、圖2。通過(guò)性能診斷測(cè)試和兩年多運(yùn)行狀況分析，

3、汽前泵存在下列主要問(wèn)題：（1）運(yùn)行穩(wěn)定性差。低流量運(yùn)行中振動(dòng)較大且存在明顯串軸，噪音大，推力軸承溫度高、損壞快以及 機(jī)械密封損壞等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)葉輪鎖母松動(dòng)退扣，葉輪“啃軸”事故；（2）冷卻腔與泵體密封墊易泄漏，維修困難；（3） 泵效率低，耗電大，最高運(yùn)行效率只有77.67%,較設(shè)計(jì)值低得太多，密封間隙大，高達(dá)2mm以上, 有較大節(jié)能潛力。三、汽前泵穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性差的原因分析：1、穩(wěn)定性差的原因分析由于汽前泵采用的雙吸葉輪其設(shè)計(jì)比轉(zhuǎn)數(shù)只有51.7，屬于低比轉(zhuǎn)數(shù)泵，揚(yáng)程較高達(dá)147m。通過(guò)改前性能測(cè)試，雙泵最高負(fù)荷時(shí)汽前泵出口壓力為2.43Mpa，除氧器壓力為1.017 Mpa，此時(shí)相應(yīng)于主泵

4、表1 SQ300-670型前置泵改前安全經(jīng)濟(jì)診斷測(cè)試數(shù)據(jù)匯總表序 號(hào)項(xiàng)目名稱符號(hào)單位測(cè)試工況備注1（雙泵）n （單泵）山（雙泵）IV （雙泵）V （雙泵）1機(jī)組負(fù)荷NMW299.8401.9501.2549.6600實(shí)測(cè)2泵入口壓力P1MP a0.730.9131.0581.1391.23實(shí)測(cè)3泵岀口壓力P2MP a2.05872.2152.312.372.43實(shí)測(cè)4質(zhì)量流量Gt/h567.27664.46835.6935.251020.8實(shí)測(cè)5體積流量Qm/n623.2738.5937.191053.211154.5計(jì)算6除氧器壓力P氧MP a0.50310.6810.840.901.017

5、實(shí)測(cè)7除氧氣水溫t氧。C157.3168.2175.8178.6184.4實(shí)測(cè)8水密度P廳/ m910.3899.7891.6888.0882.8查表9揚(yáng)程Hm148.79147.52143.14141.31138.56計(jì)算10電功率PdKW411.45435.82480.64512.47536.48實(shí)測(cè)11電流A安47.3349.1151.7255.0658.61實(shí)測(cè)12電機(jī)效率n d%92.592.592.592.592.5選用13軸功率PKW380.91403.13444.59474.03496.24實(shí)測(cè)14泵效率n%60.4366.2673.3175.9777.67計(jì)算15主泵轉(zhuǎn)速n3

6、8064295487151685319實(shí)測(cè)16可用汽蝕余量NPSHm162.49160.82155.74153.31149.86計(jì)算17必須汽蝕余量NPSHm293236.54045設(shè)計(jì)18可用汽蝕余量 必須汽蝕余量NPSH aNPSH rm5.605.034.273.833.31計(jì)算的可用汽蝕余量 NPSH為149.86m，為主泵的必需汽蝕余量NPSH45m的3.31倍。根據(jù)國(guó)內(nèi)、外標(biāo)準(zhǔn)，推薦選用NPSH=（22.4）NPSHr。由于可用汽蝕余量過(guò)大，必然造成前置泵葉輪直徑大，重量重，而該 機(jī)組又經(jīng)常處于低負(fù)荷下運(yùn)行，使泵經(jīng)常在額定流量的50%左右低流量、高揚(yáng)程（147m）下運(yùn)行。低流量運(yùn)行

7、時(shí)，泵內(nèi)流動(dòng)要發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速、流動(dòng)顫抖和壓力脈動(dòng)，軸向力明顯波動(dòng)增大，無(wú)法平衡，造成轉(zhuǎn)子抖動(dòng)串軸，加上泵殼為單蝸式，低流量時(shí)產(chǎn)生較大的徑向力，經(jīng)計(jì)算50%額定流量時(shí)徑向力高達(dá) 756.5Kg,使轉(zhuǎn)子繞度大大增加，引起密封環(huán)快速磨損和軸的疲勞損壞。此外葉輪流道制造工藝欠佳，兩側(cè)蓋板對(duì)稱性差，加劇破壞了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性,從而造成了軸承溫度高，轉(zhuǎn)子抖動(dòng)串軸，逐步發(fā)展到鎖母退扣松動(dòng)，出現(xiàn)葉輪“啃軸”等問(wèn)題。原制造裝配工藝欠妥：葉輪與軸的配合采用滑裝，其間隙較大均在0.1m m及以上，而葉輪直徑大，重量大，轉(zhuǎn)子在波動(dòng)增大的軸向力和徑向力的沖擊下，葉輪鎖母雖有鎖緊墊圈，運(yùn)行不久就松動(dòng)退扣， 出現(xiàn)葉輪“啃軸”、斷

8、軸現(xiàn)象。冷卻腔與泵體密封墊頻繁泄漏原因主要是設(shè)計(jì)不合理所致，最窄密封面只有3-5mm寬，且殼體密封面不是一個(gè)完整平面，由于水泵低流量轉(zhuǎn)子串軸抖動(dòng)對(duì)冷卻腔的沖擊和熱變形等原因，造成原低壓 石棉墊極易發(fā)生泄漏，而且由于結(jié)構(gòu)原因處理時(shí)需要隔離系統(tǒng)后，拆卸非驅(qū)動(dòng)端軸承和機(jī)械密封，工 作量極大。非驅(qū)動(dòng)端軸承每次拆卸，均需要更換，造成較大浪費(fèi)。2、經(jīng)濟(jì)性差的原因分析：除汽前泵效率低以外，過(guò)大的可用汽蝕余量是汽前泵經(jīng)濟(jì)性差的根本原因。眾所周知，汽前泵的作用就是保證汽動(dòng)主泵不汽蝕，根據(jù)安全穩(wěn)定性分析和國(guó)內(nèi)外前置泵安全經(jīng)濟(jì)使用情況分析，按可用汽 蝕余量NPSHa=（2.02.4）NPSHr的要求選擇配置前置泵設(shè)

9、計(jì)揚(yáng)程，汽動(dòng)主給水泵是安全可靠的，而且是經(jīng)濟(jì)的。根據(jù)改前診斷測(cè)試，在滿負(fù)荷（600MW工況下的揚(yáng)程為 138.56m（見(jiàn)表1）,再加上我公司除氧器位 置高 , 對(duì)前置泵的倒灌高度為 30.7m, 扣除葉輪入口流動(dòng)損失及管道阻力 （ 含主泵前流量表的壓損 ） 和汽 動(dòng)主泵標(biāo)高后，仍有可用倒灌高度10.6m,可用汽蝕余量 NPSHa=149.16m為NPSHr=45mt勺3.31倍，可見(jiàn)明顯高于最佳范圍 , 必須削減揚(yáng)程。經(jīng)優(yōu)化計(jì)算前置泵的揚(yáng)程可減少 35-40%（約 50m）, 即改后泵的揚(yáng) 程為90m左右，再加上可用的倒灌高度 10.6m,可用汽蝕余量 NPSHa=100.6m左右，為汽動(dòng)主泵

10、的必需汽蝕 余量45 m的2.24倍,完全可滿足汽動(dòng)主泵的汽蝕余量要求，這樣不但提高了前置泵的安全穩(wěn)定性，而且經(jīng)濟(jì)性明顯提高，按此推算電功率可下降 35-40%左右，即每小時(shí)前置泵的電功率可下降150kW以上,當(dāng)然由于前置泵的揚(yáng)程降低，汽動(dòng)主泵必然轉(zhuǎn)速略有升高，來(lái)彌補(bǔ)鍋爐上水所需揚(yáng)程，使得小汽機(jī)的進(jìn)汽 量略有增加，從經(jīng)濟(jì)上來(lái)算，減去多耗汽的煤耗成本，實(shí)際每小時(shí)至少可節(jié)電100kwh以上，可見(jiàn)效益可觀。由于汽前泵改小后揚(yáng)程下降，主泵是否有富裕量來(lái)彌補(bǔ)，為此我們統(tǒng)計(jì)了改造前#3、4機(jī)組最高負(fù)荷時(shí)主泵小汽機(jī)的對(duì)應(yīng)最高轉(zhuǎn)速只有 5380r/min （診斷試驗(yàn)時(shí)為 5319 r/min ）。由于泵的出力

11、與轉(zhuǎn)速 3 次方成正比。驅(qū)動(dòng)主泵的小汽機(jī)設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速為 5800r/min ，為機(jī)組最高負(fù)荷的轉(zhuǎn)速 5380r/min 的 1.078 倍，按 3 次方關(guān)系，即汽動(dòng)主泵還有 25.3%的裕量，而汽前泵削減 50m 揚(yáng)程只需占用主泵總揚(yáng)程 3350m 的 1.5%，即改后汽動(dòng)主泵仍有 23.8%的裕量。所以汽前泵改小，揚(yáng)程下降 50m 后，給水泵組在最高負(fù) 荷時(shí)，仍有 23.8%的裕量 ， 可見(jiàn)是安全可靠的。四、改造方案：改造的思路主要是削減揚(yáng)程，提高水泵低負(fù)荷穩(wěn)定性；在保證負(fù)荷最大時(shí)軸承溫度不超標(biāo)的情況 下，調(diào)整軸承游隙，具體實(shí)施方案內(nèi)容如下：1. 采用車削辦法，削減揚(yáng)程將泵改小，減少低流量時(shí)

12、軸向力與徑向力波動(dòng)和增大的問(wèn)題，提高轉(zhuǎn)子 的剛度和流動(dòng)穩(wěn)定性。2. 進(jìn)行泵的通流部分改造 ， 對(duì)原葉輪和蝸殼局部關(guān)鍵型線進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，來(lái)提高泵的效率與汽蝕性能。3. 將葉輪與軸的滑動(dòng)配合改為過(guò)渡配合，增強(qiáng)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。4. 對(duì)冷卻腔進(jìn)行加裝 2 道耐熱膠圈的密封改進(jìn)，解決經(jīng)常泄漏問(wèn)題。5. 調(diào)整推力軸承游隙，控制在 0.100.15 之間，并將軸承外圈壓死。6. 高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求進(jìn)行檢修組裝。五、改造過(guò)程控制：改造由寧德發(fā)電公司設(shè)備部汽機(jī)專業(yè)負(fù)責(zé)全過(guò)程控制。水泵解體后，采用專利技術(shù)對(duì)原葉輪局部關(guān)鍵葉形進(jìn)行改進(jìn)，提高配套性、穩(wěn)定性和水泵效率。冷卻腔采用加工特殊圈槽安裝$ 5.7mm和$ 3.5mm兩

13、道 O 形耐熱膠圈，改進(jìn)密封方式，提高密封效果。對(duì)蝸殼隔舌打磨呈魚(yú)頭形，對(duì)所有部件進(jìn)行了仔 細(xì)清洗，更換了葉輪密封環(huán)、支持軸承，保證軸彎曲在 0.04 以內(nèi)。葉輪與泵軸改為過(guò)渡配合，安裝時(shí) 采用熱裝，并保證葉輪處于正中位置，清理冷卻腔與泵體結(jié)合面，消除毛刺、劃痕，連接螺栓緊固均 勻。中分面密封墊與冷卻腔配合部分，采用留余量，涂密封膠緊固中分面螺栓后用刀割加工成型，并 修理光滑，保證無(wú)短缺且配合嚴(yán)密。機(jī)械密封安裝后用卡塊鎖死，并認(rèn)真調(diào)整安裝軸承，嚴(yán)格控制推 力軸承游隙為0.100.15mm,同時(shí)保證軸承外圈與軸承蓋壓死無(wú)間隙。六、改造后效果：改造后汽前泵一次啟動(dòng)成功，運(yùn)行安全穩(wěn)定，軸承無(wú)異音，改

14、造前機(jī)組滿負(fù)荷汽前泵電機(jī)電流為58.61A，改造后電流為 40.1A，下降了 18.51A。機(jī)組各種負(fù)荷時(shí)水泵均無(wú)串軸。非驅(qū)動(dòng)端軸承溫度由比改前降低了 8C。為了準(zhǔn)確測(cè)定改造后節(jié)電效果，特進(jìn)行了性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2,圖2:表2 SQ300-670型前置泵改后性能測(cè)試數(shù)據(jù)匯總表序項(xiàng)目名稱符號(hào)單位測(cè)試工況備注號(hào)I （雙泵）n（單泵）m（雙泵）1機(jī)組負(fù)荷NMW300400600實(shí)測(cè)2泵入口壓力P1MP a0.740.9461.238實(shí)測(cè)3泵出口壓力P2MP a1.641.802.03實(shí)測(cè)4質(zhì)里流里Gt/h584.50690.861042.3實(shí)測(cè)5體積流量Qm3/n641.95767.791181

15、.08計(jì)算6除氧器壓力P氧MP a0.5040.681.018實(shí)測(cè)7除氧器水溫t氧C157.6167.7184.1實(shí)測(cè)8給水密度Pkg / m5910.5899.8882.5查表9揚(yáng)程Hm100.7696.7591.48計(jì)算10電功率PdKW252.8270.21338.06實(shí)測(cè)11電流A安30.032.140.1實(shí)測(cè)12電機(jī)效率n d%92.592.592.5選用13軸功率PKW233.84249.94312.71實(shí)測(cè)14泵效率n%68.6372.8783.09計(jì)算彌560330妙aHQHQ測(cè)試結(jié)果和改造后的實(shí)際運(yùn)行情況總結(jié)：1從2009年1月至今，汽前泵運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)小，未發(fā)生任何問(wèn)題，軸

16、承溫度，軸承噪音都比改前有很大的改善，從根本上解決了低流量工況下轉(zhuǎn)子抖動(dòng)，串軸以及冷卻腔泄漏問(wèn)題，大大提高汽前泵的安全穩(wěn)定性。2、原泵可靠性差是由于設(shè)計(jì)選型參數(shù)不當(dāng)，揚(yáng)程太高，汽蝕余量與主泵匹配不當(dāng)，是該泵低流量工況下，泵內(nèi)流動(dòng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)失常，流動(dòng)顫抖和壓力脈動(dòng)，軸向力和徑向力波動(dòng)增大是轉(zhuǎn)子串軸，抖動(dòng)和啃軸”的根本原因。3、 從圖2、表1、表2比較可見(jiàn)：雖然葉輪外徑平均車削了18.3%,但泵經(jīng)過(guò)通流部分改造，對(duì)原葉輪和蝸殼關(guān)鍵局部型線，采用特殊加工方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用高效魚(yú)頭形葉型，不但彌補(bǔ)了葉輪車小后效率下降外，反而使泵的效率提高了57.5%,最高運(yùn)行效率達(dá) 83.09%,居國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，而

17、且改后Q-H曲 線更加平直 , 有利于穩(wěn)定性和流量調(diào)節(jié)。4、 改后泵揚(yáng)程下降了 4649mm但設(shè)計(jì)工況下泵揚(yáng)程還有 91m,加上汽前泵入口有效倒灌高度 11.3m, 可用汽蝕余量 NPSHa仍有102.3m,為主泵必須汽蝕余量 NPSHr=45m的2.27倍,由此可見(jiàn),汽前泵的揚(yáng)程 完全可滿足汽動(dòng)主泵的汽蝕性能要求 , 且安全可靠。5、從圖 2，表 1、 2比較可見(jiàn)， 在運(yùn)行工況內(nèi)， 汽前泵電流下降了 1718.5A, 電功率下降了 160200KW,按寧德發(fā)電公司2009年平均負(fù)荷率80%計(jì)算，一臺(tái)汽前泵平均每小時(shí)可節(jié)電160Kwh,按機(jī)組年平均運(yùn)行7140小時(shí)計(jì)算，則年節(jié)電:160 X 7

18、140=114.2萬(wàn)(Kwh)，全公司四臺(tái)汽前泵改造后一年可實(shí)現(xiàn)節(jié)電 456.8萬(wàn)Kwh,按平均上網(wǎng)電價(jià) 0.40元/Kwh計(jì)算可增加上網(wǎng)電量收入182.72萬(wàn)元。因汽前泵揚(yáng)程下降后小機(jī)耗汽量稍有增加，通過(guò)各負(fù)荷下小汽機(jī)耗汽量比較，改造后小機(jī)耗汽量 (兩臺(tái)小機(jī)總和)較改造前按平均增加 0.3t 計(jì)算，改造后一臺(tái)機(jī)組發(fā)電煤耗增加 0.05g/Kwh ，按 2009 年兩臺(tái)600MW超臨界機(jī)組全年發(fā)電量 68億Kwh計(jì)算，因小機(jī)汽耗量增大增加標(biāo)煤消耗量340t ,按2009年標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià) 700 元計(jì)算，增加成本 23.8 萬(wàn)元。綜合比較，寧德發(fā)電公司 2009年四臺(tái)汽前泵改造后一年可實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益約 159萬(wàn)元。另外由 于汽前泵機(jī)械密封泄漏、端面泄漏問(wèn)題的根治，汽