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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 222 CHTC5/5 SP-2 型给水泵轴向推力的分析与 工作间隙的调整及结合现场设备的实际应用 杨明亮 (新疆华电红雁池发电有限责任公司 乌鲁木齐 830047) 【摘 要】给水泵总窜间隙、工作间隙的测量与调整是给水泵检修工作中的一个重要环节,它的根本目的就 是使给水泵叶轮与导叶槽道中心位置始终保持一致,防止转动部件与静止部件磨擦,提高水泵效率。本文从给水泵 的平衡原理、轴向推力的测量与调整入手,并结合实际工作经验,来探讨如何提高给水泵的检修质量。 【关键词】轴向力 窜动间隙 调整 测量方法 1 轴向力及平衡装置 工作
2、中的给水泵,由于流体是从一侧吸入,使作用在叶轮两侧的压力不相等,因此产生了一个 指向泵吸入侧并与轴平行的轴向力。在设计工况下,给水泵轴向力是非常巨大的,可以达到几吨力。 如果不设法平衡这个轴向力,泵转子就会在轴向力的作用下发生向泵吸入侧窜动,使动静部分发生 摩擦,降低泵的效率,严重时可导致泵转子与静止部分咬死损坏。给水泵中设置平衡盘及推力轴承 的作用就是平衡这个轴向力。 给水泵在运行时,通过给水泵平衡管,使作用在平衡盘两侧也有一个压力差,因此流体在平衡 盘上也有一个力作用,此力即为平衡力,它的大小与轴向力相等而方向相反,因此当它们相等时, 则轴向力得到完全平衡。 当工况改变时,轴向力与平衡力的
3、相对平衡被破坏,转子就会前后窜动。同时由于惯性作用, 当轴向力与平衡力相等时,转子也不会立刻停止窜动,而是继续前后窜动,并逐渐衰减直到平衡位 置停止。因此,给水泵在运行中随着工况的变化,并在轴向力和平衡盘的作用下,使泵的转子始终 处于动态平衡状态。由于平衡盘的自动平衡效果较好,因而在多级离心泵中大部分都采用这种结构 或与推力瓦相结合。 给水作用在转子上的力有两个,一个是平行于轴指向吸入口的轴向力,一个是进入叶轮后的流 体流动方向由轴向转为径向产生了动量变化后,导致流体对叶轮产生一个与轴向力方向相反的动反 力。给水泵启动时转子瞬间向后窜就是动反力的作用。 轴向力的大小与泵的扬程、叶轮尺寸和型式等
4、因素有关,动反力的大小与泵的流量、速度变化 有关。 对于多级给水泵来说动反力很小,所以一般都可忽略不计。 2 给水泵转子总窜的测定 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 223 对于运行中的给水泵,转子的窜动量是指随着平衡盘的磨损,在轴向力的作用下,转子向吸入 侧的窜动量;给水泵在各级叶轮装配好后,将各级中段及前、后段用大端盖螺栓紧好,此时转子在 筒体内的窜动量(位移)称为给水泵的总窜量,其测量方法是:将转子向低压侧推进到密封环与口 环紧密贴合时以及将转子向高压侧推进到叶轮后盖板靠紧导叶时前后间隙之和称为给水泵的总窜。 启动后的给水泵在轴向力的作用下,转子是向
5、吸入侧窜动,因而对半窜的测量值要求较为严格,这 是为了使给水泵在运行中叶轮的出口中心线与导叶的入口中心线能保持一致。对给水泵而言,经济 运行的窜动量是叶轮与导叶中心对准时叶轮吸入侧到导叶的距离,此时给水泵的水力损失最小,效 率最高,是最理想的经济运行状态。由于运行中推力及平衡盘磨损转子会逐渐偏离这个中心,磨损 严重时导致效率下降,动静部件发生损坏。 例如:我厂#2-2 给水泵(型号:CHTC5/5 SP-2,生产厂家:沈阳水泵厂) ,该泵在机组安装运 行后,运行中该泵两端轴承在高负荷时都长期存在驱动端、自由端水平振动大。在负荷 205MW 时, 驱动端轴承处水平振动:0.061mm,自由端轴承
6、处水平振动:径向轴承处 0.061-0.063mm、推力轴承 处 0.078mm。我们在大小修及日常维护中分别对泵基础、泵基座地脚螺栓、泵筒体底部两端导向块 及螺栓、泵座螺栓等进行了全面检查,解体检查该泵两端轴承、解体检查该泵平衡盘和平衡板轴向 之间、平衡盘和平衡板径向之间、平衡盘与节流衬套径向之间是否存在磨损、间隙超标,检查推力 盘和扇形瓦块轴向之间、挡油环和迷宫环径向之间是否存在磨损、间隙超标、调整不当,对两端轴 承座进行抬量、中心检查、调整并检查轴承座紧固螺栓是否紧固到位,对该泵对轮中心进行检查、 调整,并检查热工元件完好情况。在对以上检查项目中都未发现问题,未能彻底解决该泵两端轴承 在
7、高负荷时长期存在水平振动大的问题。后经咨询厂家得知 CHTC5/5 SP-2 型给水泵的轴直径与叶 轮内径厂家标准尺寸为:轴内径:95j6(j6 表示:上偏:+0.013mm、下偏:-0.009mm) ,叶轮内 径:95 +0.005-0.010mm ,从厂家标准尺寸可以看出轴直径与叶轮内径在加工上会存在间隙配合,而在 CHTC5/5 SP-2 型给水泵实际检修中,也证实了这一点,如 2005 年我们在进行备用 CHTC5/5 SP-2 型给水泵的解体检修中,对该泵泵轴直径及叶轮内径测得的数据如下: 序号 测量位置 泵轴直径(mm) 叶轮内径(mm) 配合数值 1 1 级处 94.99 95
8、0.01 2 2 级处 94.99 95 0.01 3 3 级处 94.99 95.01 0.02 4 4 级处 94.99 95 0.01 5 5 级处 94.99 94.99 0 从以上数据中可以看出泵轴与叶轮内径存在着间隙配合。结合厂家提供的数据及我们解体得到 的数据,在 2005 年#2 机组小修中,重点对#2-2 给水泵进行了轴与叶轮之间配合工作的检查、验证, 结果如下: #2-2 给水泵检修前的数据: 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 224 序号 驱动端 自由端 质量标准 1 全窜:8.27mm 8.5-10.0mm 2 半窜:4.12mm
9、两端:4.25-5.0 mm 最小 2.5 3 全抬 0.95mm 全抬 0.98mm 4 半抬 0.49mm 半抬 0.50mm 5 驱动端瓦顶隙 0.18mm 自由端瓦顶隙 0.22mm 0.1-0.13、最大:0.19 mm 6 驱动端瓦侧隙 0.08mm 自由端侧隙 0.07mm 0.1-0.13、最大:0.19 mm 7 驱动端、自由端轴承中心调整基本在中心位置 8 平衡盘间隙:0.31mm 0.225-0.40 mm 9 推力间隙:0.65mm 0.40-0.75 mm 10 主泵与偶合器中心:炉侧张口:0.06mm,泵高:0.21mm,下张口: 0.01mm, 泵偏机侧:0.03
10、mm 端面差0.04mm 、圆周中心: 垂直方向泵偏高 0.150.04mm、 水平方向泵偏左 0.0350.04mm(从驱动端看) 注:偶合器型号:GSS47-CS55、生产厂家:日立公司。 #2-2 给水泵检修、调整后的数据(制作、使用特殊工具(假轴套)来固定各级叶轮后分别进行 盘轴在 0、180位置测量) : 序号 驱动端 自由端 质量标准 1 全窜:8.57mm 8.5-10.0mm 2 半窜:4.33mm 两端:4.25-5.0 mm 最小 2.5 3 全抬 1.0mm 全抬 1.0mm 4 半抬 0.48mm 半抬 0.47mm 5 驱动端瓦顶隙 0.18mm 自由端瓦顶隙 0.2
11、2mm 0.1-0.13、最大:0.19 mm 6 驱动端瓦侧隙 0.08mm 自由端侧隙 0.07mm 0.1-0.13、最大:0.19 mm 7 驱动端、自由端轴承中心调整基本在中心位置 8 平衡盘间隙:0.26mm 0.225-0.40 mm 9 推力间隙:0.58mm 0.40-0.75 mm 10 主泵与偶合器中心:炉侧张口:0.04mm,泵高:0.175mm,下张口: 0.005mm, 泵偏炉侧:0.03mm. 端面差0.04mm 、圆周中心: 垂直方向泵偏高 0.150.04mm、 水平方向泵偏左 0.0350.04mm(从驱动端看) 注:偶合器型号:GSS47-CS55、生产厂
12、家:日立公司。 通过以上修前、修后的数据对比,确如上述所述,发现轴与叶轮之间确实存在间隙配合。实际 检查总窜、半窜测量误差在 0.20-0.30mm 之多。 针对此情况以后需采取的方法为: 使用特殊工具 (假 轴套)来固定各级叶轮后分别进行盘轴在 0、180位置测量,这样可消除给水泵转子总窜测量中 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 225 存在误差较大引起的工作窜量等一系列间隙调整不当的问题,解决了因测量误差造成后续工作调整 错误而引起轴承振动等问题。 #2-2 给水泵通过检修后试运数据如下: 2005 年 12 月 02 日,中班,负荷 205MW,2-
13、2 给水泵电流 527A,流量 640t/h,转速 5170r/min, 勺管开度 50%,测 2-2 给水泵振动及瓦温如下: (mm) 序号 测量位置 驱动端轴承(mm)自由端轴承(mm)轴承振动(振幅)标准 1 水平(mm) 0.015 0.027 0.05mm 2 垂直(mm) 0.017 0.020 0.05mm 3 轴向(mm) 0.012 0.019 0.05mm 4 瓦温() 53 56 给水泵径向、 推力轴承温度: 75报 警 90跳电机 通过近 4 年的检修、运行实际检验证明,通过使用特殊工具(假轴套)来固定各级叶轮后分别 进行盘轴在 0、180位置测量总窜,彻底解决了因厂家
14、在设计、制造、安装、检修中存在的测量、 调整误差而引起的轴承水平振动问题。现提供近两年的运行数据作为后期检验该项工作的依据,以 供参考: (1) 2008 年 09 月 01 日, 中班, 负荷 205MW, 2-2 给水泵电流 513A, 流量 653t/h, 转速 5177r/min, 勺管开度 47%,测 2-2 给水泵振动及瓦温如下: (mm) 序号 测量位置 驱动端轴承(mm) 自由端轴承(mm) 轴承振动(振幅)标准 1 水平(mm) 0.017 0.013 0.05mm 2 垂直(mm) 0.015 0.016 0.05mm 3 轴向(mm) 0.015 0.015 0.05mm
15、 4 瓦温() 55 54 给水泵径向、推力轴承温度:75 报警 90跳电机 (2) 2009 年 08 月 25 日中班, 负荷 199MW, 2-2 给水泵电流 525A, 流量 619t/h, 转速 5207r/min, 勺管开度 47.8%,测 2-2 给水泵振动及瓦温如下: (mm) 序号 测量位置 驱动端轴承(mm) 自由端轴承(mm) 轴承振动(振幅)标准 1 水平(mm) 0.016 0.015 0.05mm 2 垂直(mm) 0.015 0.017 0.05mm 3 轴向(mm) 0.016 0.018 0.05mm 4 瓦温() 59 58 给水泵径向、推力轴承温度:75
16、报警 90跳电机 针对以上分析的问题,可以看出在大小修、日常的检修维护中检修人员会习惯的认为制造厂家 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽机 226 在制造中泵轴与叶轮内径应是过度配合,给水泵转子总窜在测量中不会出现测量误差,这样在检修 中往往不采取使用特殊工具(假轴套)来固定各级叶轮后分别进行盘轴在 0、180位置进行总窜 测量,造成给水泵转子总窜误差较大出现偏差,同时造成给水泵转子工作窜量在调整中误差较大出 现偏差,因叶轮松动而直接引起水泵轴承振动增大,严重时会导致叶轮、平衡盘磨损转子会逐渐偏 离水口中心,导致效率下降,动静部件发生损坏,造成设备损坏。通过#
17、2-2 给水泵在高负荷的情况 下水平振动大的缺陷的消除方法,解决了此种泵型存在的轴承水平振动大的问题,同时也给其他种 类型泵提供了检修经验及检修注意方法。 3 总窜及平衡盘工作间隙的测量调整 CHTC5/5 SP-2 型给水泵,为平衡盘、平衡鼓联合工作方式加装推力瓦结构,此类型泵为 5 级 芯包式离心泵。厂家给定的转子总窜量为 8.5-10.0mm,工作窜量为 4.25-5.0 mm 最小 2.5mm;推 力间隙为 0.40-0.75mm。 推力间隙比工作窜量小,目的是当平衡盘在轴向力的作用下向吸入侧窜动时,推力瓦较平衡装 置先起作用,从而能够更好地保证给水泵可靠运行。 平衡盘和平衡板之间工作
18、间隙的测量 当给水泵转子的总窜量、工作窜量测定后,各部件组 装好后,即可将平衡盘向高低压侧推动,测出的数值差,即为平衡盘工作间隙。给水泵部件的装配 工艺要求相对较高,精确度也比较高,并且大修中一般只是拆装、清理叶轮(除损坏外) ,所以大修 前后的总窜量不会有较大的变化。对于有更换部分动静部件的(如转轴、叶轮、密封圈等) ,总窜量 可能会有小的误差,但基本上应符合标准,结合上述测量方法才能保证给水泵的安全经济运行,总 窜量若有较大的变化应查找原因,并调整到允许范围内。 最佳窜动量的选择:运行中的给水泵,随着窜动量的变化,叶轮出口与导叶的入口中心不对 准时,就会离开最佳工况点,此时流量下降,扬程提
19、高,耗电量增加,效率将明显下降。若此种状 况继续下去,对平衡盘将严重磨损,使得给水泵动静间隙破坏。为此,应选择一个最佳的运行窜动 量。对于 CHTC5/5 SP-2 型泵来说,其半串值(工作窜量)都是转子中最小一级叶轮的窜动值,因 而一般取此值的 1/2 为宜,以保证叶轮出口的宽度与导叶入口保持相对应,减少给水泵的容积损失。 推力间隙的测量 当水泵工作窜动间隙调整结束后,正确组装平衡盘、盖板、机械密封及 轴承座、轴承下瓦,装入推力盘、推力瓦,将转子分别向水泵高、低压端移动,其窜值差即为推力 间隙, 其最佳调整量为当推力盘工作面与推力瓦块接触时平衡盘与平衡板轴向间隙为0.225-0.40mm。
20、平衡盘工作间隙的调整 对于新泵,厂家巳将平衡盘间隙进行了调整,我们一般只需重新 复查一下有无误差即可,而对于大修后的给水泵,由于运行中受到磨损,有时动静盘同时更换,则 必须对平衡盘间隙进行测量调整,测得的间隙值大于标准时,可将推力盘调整垫车去差值;若小于标 准时,可将推力盘调整垫加上差值。然后重新测量直至符合标准为止。 4 测量工作中应注意事项 给水泵检修过程中,在测量水泵总窜、工作窜动、推力间隙时,必须注意泵体应处于冷却状 态。根据实际工作经验,其测得的冷、热态差值可达 0.20-0.35mm 之多,容易形成调整偏差,造成 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 汽
21、机 227 检修事故。 测量、调整水泵总窜、工作窜动时。因该型泵叶轮与泵轴几乎处于滑合状态,在测量水泵总 窜时必须用一钢管制作的专用工具(假轴套)用来固定未级叶轮,使其固定各级叶轮,以防止因叶 轮松动造成测量偏差,因而引起水泵轴承振动增大。 选择合适的测量工具,直尺应平直、光滑、有一定的刚度。假轴套位置放置正确,轴套备 帽紧力合适。测量中不得改变测点位置。并特别注意尽量减少盘动转子,防止泵轴拉毛。 5 结论 给水泵的轴向窜动量,是给水泵检修工作中一个非常重要的技术数据,而且要求严格。它必须 在测出总窜量后,再调整合适的窜动量(即工作窜动间隙) ,在结合实际检修工作经验的同时,正确 的掌握检修测量方法,杜绝因测量不准造成的调整不当问题,同时也给其他种类型泵提供了检修经 验及检修注意方法。这样才能保证给水泵的安全与经济运行和水泵的稳定性,提高水泵运行效率。 参考文献: 1沈阳水泵厂 CHTC5/5 SP-2 型给水泵使用说明书 。 作者简介: 姓名:杨明亮、职称:工程师、从事专业:汽机专业、工作单位:新疆华电红雁池发电有限责任公司、单位地 址:乌鲁木齐团结路#307、邮编:830047。
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