立式泵平衡装置结构研究

【摘要】为了解决300MW火电机组配套冷凝泵的自身承受轴向力问题，进行了平衡装置的试验研究，研究结果用于产品效果良好。

【关键词】立式泵;平衡机构; 推力轴承装置;试验研究

1.前言

1.1 问题的提出

随着电力工业的发展，对300MW火电机组配套立式冷凝泵和循环泵的需求日益增加，设计研制更加经济可靠的产品显得尤为重要，为此提出立式冷凝泵中技术关键之一的轴向力平衡装置研究课题。目的是解决立式泵轴向力自身平衡问题，取代电机承受泵转子轴向力的单一形式，降低泵组成本，更有利于市场竞争。

国内部分水泵厂自七十年代开始也曾经自行开发设计过泵本身设有推力装置自身承受轴向力的产品，其推力装置部分占泵成本的三分之一，体积大，重量重，结构复杂而且使用又不可靠，经常出现漏油现象，因而被淘汰。至今，冷凝泵转子轴向力一直由电机承受，在用户使用中经常出现问题，因此对该问题的研究十分必要。

立式泵轴向力平衡装置研究用于9LDTNB-5UP冷凝泵产品上，泵结构形式为立式筒袋型，5级。与其它冷凝泵相同的是叶轮也为闭式且同向排列，导流体为碗型壳，泵轴设有多处径向导轴承支撑，轴封为软填料式，转子轴系含两根轴，轴间采用卡环筒式联轴器联接;不同的是泵本体设有平衡机构（平衡鼓）及推力轴承装置，泵转子轴向力靠自身平衡，电机只承受本身转子自重，泵―电机联接为柱销弹性联轴器连接。

1.2 9LDTNB-5UP型冷凝泵的有关参数

泵的性能参数为：

流量Q=870m3/h，扬程H=290m，转速n=1480r/min，配带功率N=1000kw，设计点总轴向力Fs=147000N，关死点总轴向力Fo=190000N。

2.试验装置及试验要求

2.1 试验目的与要求

试验目的：通过运转试验，确定平衡机构及推力装置结构设计的合理性和可靠性。

要求：

（1）运转平稳、可靠。

（2）推力装置供油效果好。

（1）轴承温升在规定范围内。

（2）平衡机构能平衡95%的轴向力。

图1 试验系统示意图

2.2 试验系统与试验装置

试验系统由自轴承试验装置，配套电机（JLB2 81―4，75kw，1500r/min），电机支架，试验台，进出水冷却管及压力表等组成，具体配置情况（如图1所示）。

试验装置由轴、轴承、轴承套、轴承体等24个零件组成，其中专用件9个，具体结构（如图2所示）。

图2 推力装置结构图

1.轴 2.防尘盘 3.螺钉 4.螺钉 5.视窗 6.螺柱 7.轴承压盖 8.角接触球轴承 9.锁紧螺母 10.温度计 11.甩油钩 12.视窗 13.调整螺母 14.放气塞 15.螺柱 16.螺母 17.垫圈 18.垫 19.垫 20.游标 21.丝堵 22.轴承体

2.3 平衡装置结构试验

平衡装置结构（如图3所示）同产品一起做运转试验。

图3 平衡装置结构图

3.试验结果分析

3.1 理论研究分析

油升成计算

该研究要解决的关键是供油问题。根据流体力学原理分析，流体质点做有旋运动将形成抛物线形。设旋转流体内径￠110、外径￠129（见试验装置结构图），其计算升成如下：

H=ξ（u22-u12）/2g

=ξ・971mm

设计甩油钩到顶部出油口高度Z=183mm，考虑到甩油钩旋转带油过程中会产生一定的损失hw，如沿程损失和局部损失。

沿程损失hf =λl/d×ξ2/2g

式中λ―沿程损失系数λ=64/Re=0.201

Re―雷诺数Re=d/ξ=317.5

u―有效断面上的平均流速

u = 4Q/ξd2=1.27m/s

d―过油孔直径d=￠5mm

l―过油孔长度l=165mm

Q―过油量Q=0.025 l/s （目测）

m―运动粘性系数（22号汽轮机油）=20 ～23mm2/s

则hf=547mm。

局部损失hf =ξ2/2g

其中：―损失系数0.45

则：hj =37mm。

hw=hf+hj=584mm

从设计理论计算分析是能够达到使用要求的。

（2）油温升分析

轴承油的温升t与轴承承受的载荷、摩擦系数、综合散热系数、油比重及比热有关，其温升可按下式表示：

t=f p/krc

式中：

p―轴承承受的载荷

k―综合散热系数

r―油比重

f―摩擦系数

c―油比热

系数k与甩油钩的淹没深度x和α有关，要想降低t只能提高综合散热系数k，即减小摩擦损失，提高散热效果，增加冷却措施。

3.2 试验结论

（1）推力轴承装置结构设计尺寸合理，与理论计算基本相符，达到了预期的目的。

（2）油位能将甩油钩淹没25+X即可。

（3）油温通冷却水后温升最高只有23℃，完全满足使用要求。

（4）平衡机构已在9LDTNB-5UP型冷凝泵产品上得到验证，能够平衡95%以上的轴向力，平衡装置能够在产品上安全、可靠地运行。

4.本研究的水平评价（包括国内外水平对比）

与国内外同类结构的水平分析对比表明，立式泵平衡装置结构合理、可靠，填补了国内空白。其综合技术指标，可靠性达到国际先进水平，通用化程度高，可直接用于300MW机组上，使冷凝水泵又增加一新的系列。与国内外同类产品分析比较见表3。

5.在产品中应用及技术经济分析

立式泵平衡装置结构研究，是在消化吸收国外先进技术基础上自行设计研制的。其结构设计合理、可靠，体积小、成本低，使用效果好，达到了预期的目的。

立式泵平衡装置结构的研制成功，可直接用于襄樊火电厂4×300MW机组配套凝结水泵9LDTNB-5UP和伊朗ARAK电厂4×325MW机组配套凝结水泵9.5LDTN-1上，可一次创产值624万人民币，同时使凝结水泵填补可自身平衡轴向力的新型结构系列，这对开发冷凝泵市场，提高市场占有率具有重要意义。

推力轴承装置与平衡机构结合用于泵上，将取代电机承受轴向力的单一结构方式，可使电机成本降低40%，泵本体成本仅提高不到5%，所以整台机组成本可降低35%以上。如果按原定货价不变，每台机组可创利润43万元人民币，同时由于新型结构系列的出现，可进一步扩大冷凝泵销售市场，使年销售量提高20%，产值增加940万元人民币。

由于该立式泵平衡装置结构研究是按1：1设计研制，因而可直接用于300MW火电机组立式凝结水泵上，同时亦可在50～1200MW机组上应用，并适用其它立式泵结构，具有广泛的推广应用价值。

立式泵平衡装置结构研究是为扩大电站泵市场降低泵组成本，解决大型立式泵自身承受轴向力问题而列的科研课题，研制成功后经过了厂内鉴定，鉴定结论为：

试验结构先进合理，试验方法正确、可行，试验数据正确可信。该装置经试验和在产品上实测，成功地解决了立式泵自轴承难题，为泵自身承受轴向力解决了关键，完成了课题任务要求。

此项技术填补了国内空白，结构先进，运行可靠，该装置可以降低泵组成本，提高经济效益，能够在生产制造中推广应用。

参考文献

[1]法国苏尔寿产品样本.

[2]叶片泵设计手册.