单级水泵叶轮径向间隙对水泵运行的影响.pdf

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1、单级水泵叶轮径向间隙对水泵运行的影单级水泵叶轮径向间隙对水泵运行的影响响摘要：摘要：针对电厂自 2014 年投产一年后开始，5B 内冷水泵轴承经常超温，水泵出口水温明显高于入口温度的问题，开展了针对性研究，认为可能是因为水泵叶轮前后压差较大，产生的轴向推力过大，造成泵轴轴向位移量过大，致使水泵轴承轴向承载负荷大，轴承磨损发热，短期内造成轴承过热损坏。并就解决措施进行了详细分析。关键词：关键词：单级水泵叶轮径向间隙；水泵运行；故障诊断；故障处理0 0 研究背景研究背景汽轮发电机运行中存在着各种能量损耗，从大类上来讲包括电磁损耗与机械损耗，这些损耗将引起发电机各个部位温度升高。而发电机作为火力发电

2、工厂的核心部件之一，其运行温度有着严格要求，如果发电机的温度太高会损坏绝缘材料，使发电机的运行变得不安全可靠，所以必须采取冷却措施不断地排出这些由于损耗而产生的热量，保证发电机各部温度不超过允许值。最初，汽轮发电机采用的是空气冷却，二战后发展了氢冷技术，五十年代末发展了水冷技术。在冷却系统中，冷却介质可按不同方式组合。发电机定子绕组、铁芯、转子绕组的冷却方式，既可以采用水、氢、氢的冷却方式，也可以采用水、水、氢的冷却方式，我厂三期采用的是定子绕组采用水冷，铁芯、转子采用氢冷的方式。由此衍生出了发电机的氢气系统、密封油系统、内冷水系统。1 1 内冷水系统组成内冷水系统组成内冷水系统设备主要由内冷

3、水泵、发电机、内冷水箱、内冷水冷却器祖成，其中内冷水泵配有两台分别为 5A、5B，一台运行，一台备用，内冷水箱中的内冷水，通过内冷水泵升压后，首先经过冷却器冷却，然后经过滤网，最后进入发电机，发电机的回水引至内冷水箱以此循环使用。内冷水系统必须具有很高的工作可靠性，确保长期稳定运行。2 2 卧式离心泵的构造及常用材质卧式离心泵的构造及常用材质本厂配备的 5A、5B 两台内冷水泵均为卧式离心泵.以小型离心泵为例，其基本构造主要包括泵壳、转子、轴封装置、密封环、轴承、泵座及轴向推力平衡装置等部分。泵壳包括进水流道、导叶、压水室和出水流道。低压单级离心泵的泵壳多采用蜗壳形，而高压多级离心泵多采用分段

4、式泵壳并装有导叶，导叶片数目较动叶轮叶片要少 12 片。泵壳的作用，一方面是把叶轮给予流体的动能转化为压力能，另一方面是导流。泵壳所用材质以铸铁最多，随着压力增高，亦常用铸钢等。转子包括叶轮、轴、轴套及联轴器等，其作用是把原动机的机械能转变为流体的动能和压力能。叶轮有开式半开式和封闭式三种，开式叶轮两侧均无盖板，半开式只有一侧盖板，而封闭式叶轮两侧均有盖板。封闭式叶轮泄漏少，效率高，因而应用得最多。当水中杂质较多时可选用开式或半开式叶轮，这样不易卡住，但泵的效率较低：叶轮与轴的固定一般采用键连接，并用螺母紧固，此固定螺母的旋向应与泵轴该侧的旋转方向相反。对扬程低、使用不频繁的水泵叶轮，多选用铸

5、铁制造。此外，叶轮还有用青铜、不锈钢制造的。泵轴则多选用优质碳素钢（35 号或 45 号钢）。轴封装置，因为在转子和泵壳之间需留有一定的间隙，所以在泵轴伸出泵壳的部位应加以密封。水泵吸人端的密封用来防止空气漏入、破坏真空从而影响吸水，出水端的密封则可防止高压水漏出。轴封装置包括填料轴套、填料函和水封等。轴套是用来保护轴的，一方面它可防止液体对轴的腐蚀，另一方面可使轴不直接与填料产生摩擦。填料函也称盘根筒，一般设置在轴伸出泵壳的地方，起着把外部与泵壳内部隔断的作用，以减少泄漏量，在中低压水泵中，广泛采用压盖填料进行填塞的方法；在高压高速泵或不允许泄漏的化学液泵中，常采用机械密封的方法。水封是把水

6、封环加在填料函内，工作时水封环四周的小孔和凹槽处形成水环，从而阻止空气漏人泵内。密封环一般用青铜或铸铁制成，其作用是防止泵内高压水倒流回低压侧而使泵效率降低。密封环装在叶轮进、出水侧的外缘与泵壳之问。安装水泵时，密封环的间隙应符合规定，过大会增加泄漏量，太小又易产生摩擦。轴承是用来支持水泵转子的重量，以保证转子平稳运转的。常见的水泵轴承有滚动轴承和滑动轴承。中小型水泵多用滚动轴承，转速高、转子重的水泵则用滑动轴承。滚动轴承可用润滑脂或润滑油来润滑，滑动轴承则靠润滑油形成的油膜来润滑。泵座用来承受水泵及进出口管件的全部重量，并保证水泵转动时的中心正确。泵座一般由铸铁制成，且大多与原动机的底座合为

7、一体。水泵工作时，由于进、出水端存在压差而在叶轮上作用着一个指向进水端的轴向力，这就是水泵的轴向推力。对多级泵来说，此力可达数吨，若不去平衡的话就会使转子发生轴向位移，严重时会造成水泵动、静部件摩擦而损坏设备。3 3 问题的发现问题的发现我厂自 2014 年投产一年后开始，5B 内冷水泵轴承经常超温，水泵出口水温明显高于入口温度，经与泵厂技术人员交流分析，认为可能是因为水泵叶轮前后压差较大，产生的轴向推力过大，造成泵轴轴向位移量过大，致使水泵轴承轴向承载负荷大，轴承磨损发热，短期内造成轴承过热损坏。4 4 解决过程解决过程观察水泵日常运行状况，首先想到的是内冷水泵叶轮的圆周中心与传动轴中心是否

8、偏移过大，从而导致内冷水泵轴承温度过高，通过现场测量发现其偏移小于 0.03mm，满足技术要求，其次想到可能是联轴器张口过大导致的，但通过检查发现，其误差小于 0.03mm，满足技术要求，同时也检查了联轴器挠性震篇，也均未发现异常，最终分析认为可能是因为水泵叶轮前后压差较大，产生的轴向推力过大，造成泵轴轴向位移量过大，致使水泵轴承轴向承载负荷大，轴承磨损发热，短期内造成轴承过热损坏，在满足系统流量压力情况下，可以采用车削减小叶轮外径，减小叶轮前后压差方法解决叶轮轴向受力大问题。对于切削的大小必须经过计算，以保证其扬程与流量达到厂里要求。通常用切割定律来计算切割数值，对于一般离心泵叶轮切割定律：

9、(1)对于低比转数离心泵叶轮切割定律：(2)式中：H1为切割前的扬程；H2为切割后的杨程；Q1为切割前的流量；Q2为切割后的流量；D1为切割前的叶轮外径；D2为切割后的叶轮外径；P1为切割前的轴功率；P2为切割后的轴功率。在我国,用下式计算比转速:(3)我国规定的计算单位是：Q流量 m3/s;H扬程 m;n转速 r/min;我厂 5B 内冷水泵切割前的初始参数如下表 1 所示。表 1 5B 内冷水泵切割前的初始参数将数据带入式（3）中可得:(4)对于离心泵来说当转速比 ns大于 10 小于 80 时，为低转速比离心泵，所以由式（4）可知本厂 5B 内冷水泵为低转速比离心泵，当应用切割定律来计算

10、切割数值时应按照式（2）来进行理论计算。为了使效果切割效果达到最佳，事先要对各个数据的切割值进行理论计算，计算结果如表 2 计算数据所示。表 2 计算数据由此可以绘制出如图 1 所示的流量随单边切割长度变化曲线、如图 2 所示的扬程随单边切割长度变化曲线图 1 流量变化曲线图 2 扬程变化曲线用切割定律时，叶轮应分两次或几次逐渐切割，每次切割后必须进行试验，根据我厂要求内冷泵的扬程不小于 64m，流量不小于 76m3，通过几次切割发现，当单边切割为 4mm 时，回装后运行，5B 内冷水泵出口温度与入口温度基本相同，压力基本不变，轴承室运行状况正常，未再出现轴承过热损坏情况，并且符合我厂内冷水系统技术要求。