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350MW變頻凝結(jié)水泵
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及350MW等級(jí)火力發(fā)電機(jī)組用的一種凝結(jié)水泵，其結(jié)構(gòu)為立式、多級(jí)、節(jié)段式，采用徑向式導(dǎo)葉，泵的軸向力*由泵本體自身承受，泵筒體按*真空設(shè)計(jì)。配用變頻調(diào)速電機(jī)，節(jié)能顯著。
背景技術(shù)：
凝結(jié)水泵是火力發(fā)電機(jī)組中極為重要的輔機(jī)設(shè)備之一，其中與350MW等級(jí)發(fā)電機(jī)組配套的100%全容量凝結(jié)水泵的流量約為800~1100m3/h。為了降低能耗，以節(jié)能減排為宗旨，靈活調(diào)節(jié)用電高峰、低谷時(shí)的發(fā)電量，單臺(tái)發(fā)電機(jī)組配用2臺(tái)55%容量的凝結(jié)水泵已逐漸被電力設(shè)計(jì)院、火力發(fā)電廠等單位接受并推廣。55%容量的凝結(jié)水泵流量約為440~605m3/h，揚(yáng)程約為280~340mH2O。
凝結(jié)水泵的用途是在高度真空條件下將凝汽器熱井中的凝結(jié)水送至低壓加熱器，由于凝結(jié)水處于該真空條件下的飽和溫度，為了提高系統(tǒng)的裝置汽蝕余量以及降低泵本身的必需汽蝕余量，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的凝結(jié)水泵一般采取以下措施：
1. 首級(jí)葉輪為單吸式葉輪，通過(guò)延長(zhǎng)泵軸的尺寸，把首級(jí)葉輪設(shè)計(jì)安裝在位置低下的泵筒體內(nèi)，以便于提高裝置汽蝕余量。為了保證與泵軸的尺寸匹配，次級(jí)葉輪的壓水室通常采用空間導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)。
2. 在首級(jí)葉輪前設(shè)置誘導(dǎo)輪，以便于提高泵的抗汽蝕性能。
上述兩種方案將導(dǎo)致泵筒體的尺寸偏長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定性差，所需的泵坑尺寸過(guò)長(zhǎng)，不僅浪費(fèi)土建施工成本，而且不利于泵的運(yùn)輸、安裝、檢修和運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種泵筒體尺寸短、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝、檢修的立式多級(jí)節(jié)段式凝結(jié)水泵，配用變頻調(diào)速電機(jī)，靈活調(diào)節(jié)水泵的出力，充分滿足350MW等級(jí)發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水泵正常運(yùn)行以及發(fā)電高峰、低谷時(shí)的用電需求，大量降低能耗。
本發(fā)明采用技術(shù)方案：
本發(fā)明提供的凝結(jié)水泵包含：變頻電機(jī)(1)、上部支架(2)、推力軸承部件(3)、機(jī)械密封部件(4)、吐出座(5)、泵筒體(6)、接管(7)、末段(8)、末導(dǎo)葉(9)、中段(10)、導(dǎo)葉(11)、首級(jí)螺旋殼(12)、吸入喇叭管(13)、首級(jí)葉輪(14)、次級(jí)葉輪(15)和軸(16)等部件。
推力軸承部件(3)的特點(diǎn)在于：采用成對(duì)安裝的角接觸球軸承，球軸承靠軸承套的吸油孔實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑，軸承下蓋部件內(nèi)設(shè)有盤管式冷卻水管。
機(jī)械密封部件(4)的特點(diǎn)在于：集裝式、串聯(lián)、雙端面結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)動(dòng)、靜環(huán)用于防止高壓凝結(jié)水泄漏，外側(cè)動(dòng)、靜環(huán)用于防止泵停運(yùn)時(shí)外部空氣進(jìn)入。
首級(jí)螺旋殼(12)的特點(diǎn)在于：具有兩個(gè)螺旋型壓水室，收集從首級(jí)葉輪流出的液體，減少水力損失。兩個(gè)壓水室對(duì)稱布置，能夠自動(dòng)平衡徑向力。
首級(jí)葉輪(14)的特點(diǎn)在于：雙吸式結(jié)構(gòu)，液體從兩側(cè)吸入口進(jìn)入。汽蝕比轉(zhuǎn)數(shù)ns僅為傳統(tǒng)單吸式葉輪的0.7倍，具有良好的抗汽蝕性能。
本發(fā)明的有益效果：
1. 泵與電機(jī)采用彈性柱銷聯(lián)軸器聯(lián)接，降低泵與電機(jī)聯(lián)接精度的要求，簡(jiǎn)化機(jī)組的安裝與維護(hù)。
2. 在泵筒體的基礎(chǔ)盤上側(cè)僅設(shè)置兩件支撐用于承受電機(jī)重力，即：吐出座、上部支架。兩件支撐所需的機(jī)械加工面相對(duì)較少，加工、安裝時(shí)的尺寸和形位公差累積小，有利于保證裝配精度，有利于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
3. 采用成對(duì)安裝的角接觸球軸承，球軸承能夠承受上、下兩個(gè)方向的軸向載荷，實(shí)現(xiàn)泵的軸向力*由泵本體承受，并且可以有效地防止在啟動(dòng)瞬間頂軸現(xiàn)象。
4. 選用集裝式、串聯(lián)、雙端面機(jī)械密封部件，能夠有效防止在泵運(yùn)行時(shí)凝結(jié)水泄漏。并且在泵停運(yùn)時(shí)，有效防止外部空氣進(jìn)入泵筒體內(nèi)部。
5. 首級(jí)葉輪為雙吸式葉輪，不需要誘導(dǎo)輪，縮短了泵的軸向尺寸，提高了泵的抗汽蝕性能。
6. 次級(jí)葉輪和末級(jí)葉輪為單吸結(jié)構(gòu)，壓水室采用徑向?qū)~，軸向尺寸小，便于機(jī)械加工，并且結(jié)構(gòu)緊湊，有利于運(yùn)行穩(wěn)定。
7. 將脫汽管布置在安裝基礎(chǔ)下部，減少在檢修起吊時(shí)需拆卸脫汽管配對(duì)法蘭，實(shí)現(xiàn)吸入接管、脫汽接管終身免拆卸。
8. 經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，本發(fā)明泵軸全長(zhǎng)為3226mm，采用單根泵軸，剛性較好。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)凝結(jié)水泵通常設(shè)計(jì)為兩根軸，傳動(dòng)軸與泵軸用套筒式聯(lián)軸器連接，在一定程度上存在兩軸同心度累積誤差。
9. 經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，本發(fā)明泵筒體全長(zhǎng)2350mm。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的泵筒體全長(zhǎng)4175mm。同比，泵筒體縮短至56%。大量降低安裝基礎(chǔ)深度，有利于運(yùn)輸、安裝和檢修等工作。
10. 配用變頻調(diào)速電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)組所用的凝結(jié)水量下降時(shí)，通過(guò)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水泵的出力調(diào)節(jié)，保證泵始終運(yùn)行在率范圍區(qū)。
附圖說(shuō)明：
圖1為本發(fā)明凝結(jié)水泵的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明凝結(jié)水泵與電機(jī)整體安裝示意圖
圖3為本發(fā)明凝結(jié)水泵的性能曲線圖
圖4為圖1中的I處放大
具體實(shí)施方式：
1、變頻調(diào)節(jié)
凝結(jié)水泵的額定流量為520m3/h，額定揚(yáng)程為330mH2O，額定轉(zhuǎn)速為1480r/min，額定效率為81%，必需汽蝕余量為2.1mH2O。
為滿足運(yùn)行需要，需要將流量調(diào)節(jié)為額定流量的50%，即260m3/h，揚(yáng)程300mH2O。傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法為關(guān)小出口閘閥，此時(shí)泵的效率僅為70%。
采用變頻調(diào)節(jié)時(shí)，根據(jù)相似定律，
計(jì)算得出，將電機(jī)轉(zhuǎn)
速由1480r/min調(diào)至1380r/min，考慮轉(zhuǎn)速變化后，對(duì)效率曲線適當(dāng)修正，得出泵的效率為73%。
轉(zhuǎn)速為1480r/min時(shí)的性能曲線如圖3中的實(shí)線所述。
轉(zhuǎn)速為1380r/min時(shí)的性能曲線如圖3中的虛線所述。
關(guān)小出口閘閥和變頻調(diào)節(jié)的性能對(duì)比見表一，計(jì)算得出：變頻調(diào)節(jié)每小時(shí)節(jié)約電能為90.9kW·h。
表一 性能參數(shù)對(duì)比
參 數(shù)
關(guān)小出口閘閥
變頻調(diào)節(jié)
流量m3/h
260
260
揚(yáng)程mH2O
356
300
轉(zhuǎn)速r/min
1480
1380
效率%
70
73
軸功率kW
360.0
269.1
2、軸向力平衡
凝結(jié)水泵啟動(dòng)后，高壓液體作用在全部次級(jí)葉輪(15)的后蓋板產(chǎn)生一個(gè)向下的推力。葉輪、軸等零件由于重力影響，產(chǎn)生一個(gè)向下的推力。液體由于重力影響，也產(chǎn)生一個(gè)向下的推力。三種推力一起構(gòu)成泵的軸向推力。經(jīng)計(jì)算，本發(fā)明中的泵軸向推力為5064kg。為了平衡軸向推力，特設(shè)計(jì)平衡機(jī)構(gòu)。平衡機(jī)構(gòu)包括：平衡鼓(17)、平衡套(18)、密封函體(20)和平衡回水管(21)。平衡鼓(17)通過(guò)分半卡環(huán)(19)固定于軸(16)。
參見附圖4。高壓液體迫使吐出口側(cè)形成高壓腔，高壓液體作用在平衡鼓(17)，產(chǎn)生一個(gè)向上推力，經(jīng)計(jì)算，此向上推力大小約為3540~4050kg。高壓液體經(jīng)過(guò)由平衡鼓(17)和平衡套(18)之間的微小間隙，流向密封函體(20)內(nèi)的低壓腔。低壓腔內(nèi)的液體通過(guò)平衡回水管(21)返回至泵筒體(6)，保證低壓腔與高壓腔形成壓差，實(shí)現(xiàn)軸向力的大部分平衡。
尚有1014~1524kg的剩余向下推力，由推力軸承部件(3)全部承受。至此，泵的軸向推力已*由泵本體自身承受。