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350MW变频凝结水泵
阅读：3184 发布时间：2017/11/23
技术领域：
本发明涉及350MW等级火力发电机组用的一种凝结水泵，其结构为立式、多级、节段式，采用径向式导叶，泵的轴向力*由泵本体自身承受，泵筒体按*真空设计。配用变频调速电机，节能显著。
背景技术：
凝结水泵是火力发电机组中极为重要的辅机设备之一，其中与350MW等级发电机组配套的100%全容量凝结水泵的流量约为800~1100m3/h。为了降低能耗，以节能减排为宗旨，灵活调节用电高峰、低谷时的发电量，单台发电机组配用2台55%容量的凝结水泵已逐渐被电力设计院、火力发电厂等单位接受并推广。55%容量的凝结水泵流量约为440~605m3/h，扬程约为280~340mH2O。
凝结水泵的用途是在高度真空条件下将凝汽器热井中的凝结水送至低压加热器，由于凝结水处于该真空条件下的饱和温度，为了提高系统的装置汽蚀余量以及降低泵本身的必需汽蚀余量，传统结构的凝结水泵一般采取以下措施：
1. 首级叶轮为单吸式叶轮，通过延长泵轴的尺寸，把首级叶轮设计安装在位置低下的泵筒体内，以便于提高装置汽蚀余量。为了保证与泵轴的尺寸匹配，次级叶轮的压水室通常采用空间导叶结构。
2. 在首级叶轮前设置诱导轮，以便于提高泵的抗汽蚀性能。
上述两种方案将导致泵筒体的尺寸偏长，运行稳定性差，所需的泵坑尺寸过长，不仅浪费土建施工成本，而且不利于泵的运输、安装、检修和运行。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种泵筒体尺寸短、运转稳定、结构紧凑，便于安装、检修的立式多级节段式凝结水泵，配用变频调速电机，灵活调节水泵的出力，充分满足350MW等级发电机组凝结水泵正常运行以及发电高峰、低谷时的用电需求，大量降低能耗。
本发明采用技术方案：
本发明提供的凝结水泵包含：变频电机(1)、上部支架(2)、推力轴承部件(3)、机械密封部件(4)、吐出座(5)、泵筒体(6)、接管(7)、末段(8)、末导叶(9)、中段(10)、导叶(11)、首级螺旋壳(12)、吸入喇叭管(13)、首级叶轮(14)、次级叶轮(15)和轴(16)等部件。
推力轴承部件(3)的特点在于：采用成对安装的角接触球轴承，球轴承靠轴承套的吸油孔实现自润滑，轴承下盖部件内设有盘管式冷却水管。
机械密封部件(4)的特点在于：集装式、串联、双端面结构，内侧动、静环用于防止高压凝结水泄漏，外侧动、静环用于防止泵停运时外部空气进入。
首级螺旋壳(12)的特点在于：具有两个螺旋型压水室，收集从首级叶轮流出的液体，减少水力损失。两个压水室对称布置，能够自动平衡径向力。
首级叶轮(14)的特点在于：双吸式结构，液体从两侧吸入口进入。汽蚀比转数ns仅为传统单吸式叶轮的0.7倍，具有良好的抗汽蚀性能。
本发明的有益效果：
1. 泵与电机采用弹性柱销联轴器联接，降低泵与电机联接精度的要求，简化机组的安装与维护。
2. 在泵筒体的基础盘上侧仅设置两件支撑用于承受电机重力，即：吐出座、上部支架。两件支撑所需的机械加工面相对较少，加工、安装时的尺寸和形位公差累积小，有利于保证装配精度，有利于电机运转平稳。
3. 采用成对安装的角接触球轴承，球轴承能够承受上、下两个方向的轴向载荷，实现泵的轴向力*由泵本体承受，并且可以有效地防止在启动瞬间顶轴现象。
4. 选用集装式、串联、双端面机械密封部件，能够有效防止在泵运行时凝结水泄漏。并且在泵停运时，有效防止外部空气进入泵筒体内部。
5. 首级叶轮为双吸式叶轮，不需要诱导轮，缩短了泵的轴向尺寸，提高了泵的抗汽蚀性能。
6. 次级叶轮和末级叶轮为单吸结构，压水室采用径向导叶，轴向尺寸小，便于机械加工，并且结构紧凑，有利于运行稳定。
7. 将脱汽管布置在安装基础下部，减少在检修起吊时需拆卸脱汽管配对法兰，实现吸入接管、脱汽接管终身免拆卸。
8. 经实际生产验证，本发明泵轴全长为3226mm，采用单根泵轴，刚性较好。传统结构凝结水泵通常设计为两根轴，传动轴与泵轴用套筒式联轴器连接，在一定程度上存在两轴同心度累积误差。
9. 经实际生产验证，本发明泵筒体全长2350mm。传统结构的泵筒体全长4175mm。同比，泵筒体缩短至56%。大量降低安装基础深度，有利于运输、安装和检修等工作。
10. 配用变频调速电机，当发电机组所用的凝结水量下降时，通过降低电机转速实现凝结水泵的出力调节，保证泵始终运行在率范围区。
附图说明：
图1为本发明凝结水泵的结构示意图
图2为本发明凝结水泵与电机整体安装示意图
图3为本发明凝结水泵的性能曲线图
图4为图1中的I处放大
具体实施方式：
1、变频调节
凝结水泵的额定流量为520m3/h，额定扬程为330mH2O，额定转速为1480r/min，额定效率为81%，必需汽蚀余量为2.1mH2O。
为满足运行需要，需要将流量调节为额定流量的50%，即260m3/h，扬程300mH2O。传统调节方法为关小出口闸阀，此时泵的效率仅为70%。
采用变频调节时，根据相似定律，
计算得出，将电机转
速由1480r/min调至1380r/min，考虑转速变化后，对效率曲线适当修正，得出泵的效率为73%。
转速为1480r/min时的性能曲线如图3中的实线所述。
转速为1380r/min时的性能曲线如图3中的虚线所述。
关小出口闸阀和变频调节的性能对比见表一，计算得出：变频调节每小时节约电能为90.9kW·h。
表一 性能参数对比
参 数
关小出口闸阀
变频调节
流量m3/h
260
260
扬程mH2O
356
300
转速r/min
1480
1380
效率%
70
73
轴功率kW
360.0
269.1
2、轴向力平衡
凝结水泵启动后，高压液体作用在全部次级叶轮(15)的后盖板产生一个向下的推力。叶轮、轴等零件由于重力影响，产生一个向下的推力。液体由于重力影响，也产生一个向下的推力。三种推力一起构成泵的轴向推力。经计算，本发明中的泵轴向推力为5064kg。为了平衡轴向推力，特设计平衡机构。平衡机构包括：平衡鼓(17)、平衡套(18)、密封函体(20)和平衡回水管(21)。平衡鼓(17)通过分半卡环(19)固定于轴(16)。
参见附图4。高压液体迫使吐出口侧形成高压腔，高压液体作用在平衡鼓(17)，产生一个向上推力，经计算，此向上推力大小约为3540~4050kg。高压液体经过由平衡鼓(17)和平衡套(18)之间的微小间隙，流向密封函体(20)内的低压腔。低压腔内的液体通过平衡回水管(21)返回至泵筒体(6)，保证低压腔与高压腔形成压差，实现轴向力的大部分平衡。
尚有1014~1524kg的剩余向下推力，由推力轴承部件(3)全部承受。至此，泵的轴向推力已*由泵本体自身承受。