第六章 电厂常用的泵与风机

.,第六章热力发电厂常用的泵与风机,一、重点、难点提示,.,1重点（1）热力发电厂主要泵与风机的结构特点（2）泵轴向力及其平衡方法,2难点（1）热力发电厂主要泵与风机的结构特点和结构识图（2）平衡盘平衡轴向推力的机理与发生轴向窜动的原因,.,第一节电厂常用泵,（1）给水泵热力发电厂的锅炉给水泵有热力循环“心脏”之称，可见其作用非常重要，它是把除氧器水箱中的饱和热水抽出并升压到一定压力后不间断地送往锅炉。现代热力发电厂锅炉给水泵的工作特点是：流量大、扬程很高、工作温度高、工作压力高、转速高，抽吸的是饱和热水。其作用和工作特点要求其运行可靠性高、负荷适应能力强、经济性高、检修和维护方便、运行自动化水平高。给水泵是热力发电厂技术要求最高、轴功率最大、价格最高的泵与风机。在结构型式上，给水泵采用离心式。,.,.,以前的小机组多为母管制，给水泵流量小，多台给水泵并联运行，主要靠增减给水泵投用台数或调节给水节流阀门的开度来改变给水量，系统复杂、投资高、检修维护工作量大、运行调节复杂、自动化水平低、运行经济性差。随着机组广泛采用单元制，以及单元机组的容量不断增大，配置的锅炉给水泵的流量在不断增大，目前我国大型机组较多配置半容量给水泵，为了减小单位千瓦的电厂投资，现已趋向于单泵配置（一机一炉一泵），给水泵流量的增大就更为迅速。,.,同时，随着机组容量的增大，主蒸汽压力也在逐步提高，这就要求给水泵的扬程不断提高。以前，增加给水泵扬程的主要方法是增大叶轮尺寸、增加泵的级数。增大叶轮尺寸会导致叶轮圆盘摩擦损失剧增，泵效率较低，另外，大尺寸叶轮的制造加工较为困难；增大泵的级数，会导致泵轴过长，泵轴绕度较大，振动特性较差，为了防止动静部件碰磨，不得不增大动静部件间的间隙，从而导致容积效率较低。总之，用增大叶轮尺寸、增加级数来提高给水泵的扬程有很多弊端。,.,.,既要提高给水泵的扬程，又要增大给水泵的流量，最好的方法是提高给水泵的转速，所以，目前大型机组的给水泵多采用高速给水泵，另外，考虑到调节的经济性，多采用变速调节方法。然而，高转速会导致给水泵的抗汽蚀性能较差，为了防止给水泵汽蚀，目前给水泵多配置前置泵、汽蚀诱导轮或首级采用双吸叶轮。,.,.,教材图41所示的是80CHTA/4型给水泵的前置泵结构图，其叶轮为双吸叶轮（见图中6），另外它由独立的低速电机驱动，这样能使它具有较低的必需汽蚀余量，抗汽蚀性能较好。教材图45所示的TDG750180型给水泵，配置了一个诱导轮（见图中5），它安装在给水泵首级叶轮之前。教材图47所示的给水泵，首级采用双吸叶轮。给水泵采用高转速后，但由于流量、扬程很高，用一级叶轮难以满足需要，所以，目前大型机组的锅炉给水泵仍是多级泵，只是级数不多。如教材图43、47所示的给水泵为四级。,.,由于锅炉给水泵的扬程很高，又是多级泵，在本章后面将会学到，这样给水泵转子上有很大的轴向推力，一般来说，仅用轴向推力轴承难以满足，如果采用叶轮对称布置，泵的结构势必复杂，效率较低。所以，锅炉给水泵都采用了平衡盘、或平衡鼓、或平衡盘与平衡鼓的联合装置来平衡轴向推力，其中平衡盘与平衡鼓的联合装置有很好的平衡性能，大型机组的锅炉给水泵普遍采用，例如，教材图43中的5、教材图45中的15和19就是平衡盘与平衡鼓的联合装置，它们安装在末级叶轮之后，教材图43中的29、教材图45中的23是轴向推力轴承的推力盘，用于承担残余的轴向推力。轴向推力产生的原因、大小的计算、主要的平衡方法、平衡盘和平衡鼓的平衡原理以及特点等，将在本章“3离心泵轴向推力及其平衡”中讨论。,.,为了防止泵内的给水顺着轴向外界泄漏，特别是出口端给水压力很高，在给水泵的两端都有轴封装置，轴封机构多采用机械密封、浮动环密封和迷宫式密封等，动静摩擦产生的热量有冷却水带走。教材图43中的13是轴封装置、图中1是轴封冷却水套，在13处也有轴封冷却水套，在1处也有轴封装置。在轴封装置之外主要是泵的轴承，给水泵的轴承是用润滑油润滑，轴承产生的热量也由润滑油带走，热润滑油在冷油器中进行冷却，再由油泵输送回轴承。,.,由于锅炉给水泵的工作压力和温度都很高，为了保证泵壳的密封、泵体热变形均匀对称等，所以，大型机组锅炉给水泵的壳体与一般多级离心泵有较大差别，多采用双层壳体。教材图43、45、47所示的三种给水泵都是双壳体，教材图43的9、图45的25是外壳体，外壳体是整体锻制或浇铸成筒型，筒壁较厚，耐压很高，它固定在基础上，给水泵的进出水管直接焊接在外壳体上。检修时，拆除高压端的大端盖（教材图43的22、图45的17）以及一些部件后，整个内壳体（包括轴和叶轮等）可以从高压端抽出，如果有备用内壳体，只要把它装入外壳体，再装上大端盖等部件，就能很快使泵恢复运转，减少了检修停机时间。内外壳体之间充满着来自末级叶轮的高压水，在高压水的作用下，内壳体结合面能很好密封，并且能使热冲击、热变形均匀对称，提高了运转可靠性。,.,在锅炉给水泵结构识图方面，应能在给定的结构图中指出下列主要部件：进水口、出水口、首级叶轮、末级叶轮、诱导轮（如果有的话）、泵轴、外壳体、轴封、轴向推力平衡机构和轴承等,.,（2）前置泵目前国内外大容量、高参数机组为防止给水泵发生汽蚀，在给水泵进口前均设置前置泵。结构形式,.,QG前置泵的结构,.,YNK前置泵结构,.,（3）凝结水泵凝结水泵是把凝汽器热井中的凝结水抽出并升压到一定压力后，流经一些低压加热器，不间断地送往除氧器。凝结水泵的工作特点是：吸入环境是高度真空，抽吸的是饱和或接近饱和的温水，流量较大、扬程较高。在结构型式上，凝结水泵采用离心式。,.,.,由于吸入环境是高度真空，所以，凝结水泵在结构上设置了一些水封机构，以防止运行或停用时外界空气漏入泵内，进入凝结水中，外界空气漏入会影响泵的运行，加剧凝结水泵、低压加热器和凝结水管道的氧腐蚀。例如教材图48中的12是水封管，图410中的上部也有水封管。,.,由于抽吸的是饱和或接近饱和的温水，所以，凝结水泵应有很低的必需汽蚀余量，即要求它抗汽蚀能力强，在结构上，首级叶轮前一般设置诱导轮，或者首级叶轮采用双吸叶轮等。教材图48、图49所示的凝结水泵采用了诱导轮，见教材图48中的4；教材图410所示的凝结水泵首级叶轮采用了双吸叶轮（见图中最右侧的一级叶轮）。,.,另外，凝汽器热井标高较低，接近或低于机房地面，而凝结水泵又是从中吸取饱和水，根据所学的汽蚀知识可以知道：为防止汽蚀，凝结水泵必须要倒灌。这样凝结水泵必须安装得较低，为了减少土建工程量，大型机组的凝结水泵多采用立式，以减少占地面积。教材图49、图410均是立式凝结水泵，对于图410所示的筒袋式凝结水泵，尽管泵的进水口较高，但首级叶轮进口很低，这样一方面可以防止汽蚀，另一方面又便于进水管道的布置。凝结水泵轴向力（对于立式泵还包括泵转子的重量）的平衡主要采取了在叶轮后盖板开设平衡孔，或叶轮对称布置，对于立式泵设置了推力轴承。,.,在凝结水泵结构识图方面，应能在给定的结构图中指出下列主要部件：进水口、出水口、首级叶轮、末级叶轮、诱导轮（如果有的话）、泵轴、轴封、轴向推力平衡机构、轴承和水封管等，能指出是卧式泵还是立式泵。,.,（4）循环水泵循环水泵的主要作用是向凝汽器不间断地提供大量的循环水，以冷却汽轮机的排汽，使之凝结成凝结水。汽轮机排汽的高度真空主要是由于排汽凝结所形成的，所以，循环水泵的运转状况、提供的循环水是否充足，严重地影响着机组的安全、经济运行。另外，循环水泵提供的循环水还可用作电厂内其它机械的冷却水或补充水等。,.,循环水泵的工作特点是：流量很大、扬程低，多从自然界吸水，循环水水质较差。根据机组容量、取水条件、当地气候条件和循环水系统形式（开式系统、闭式系统）的不同，循环水泵在结构型式上可采用离心式、混流式和轴流式（混流式的结构和性能介于离心式与轴流式之间）。随着机组容量不断增大，所需的循环水量在不断增大，而对扬程的要求没有明显提高，所以，大型机组的循环水泵多采用轴流式或混流式。,.,50ZLQ-50型立式轴流循环水泵结构,.,Sh循环水泵结构,.,（5）灰渣泵结构,.,由于循环水泵流量很大，导致泵的体积较大、吸入管径很大，又由于循环水泵从自然界吸水，所以，循环水泵的安装标高一般低于吸水面，这样在启动时，循环水能自动充满循环水泵；在运行时，泵进口侧不致形成较高的真空，而需要采取措施防止空气漏入。反之，如果循环水泵安装在吸水面之上，启动时则要大量灌水；运行时泵进口侧真空度较高，需防止空气漏入。所以，循环水泵的安装位置较低，多低于泵房的地平面。为了减少土建工程量，大型机组循环水泵多采用立式，以减小占地面积，另外，采用立式可以使电动机的位置较高，不会有电动机被水淹没的危险。立式泵的轴向力主要是转子的重量，它主要由推力轴承承担。,.,第二节电厂常用的风机,（1）送风机送风机的主要作用是不间断地抽吸外界冷空气，空气升压后流经空气预热器，在那里被锅炉烟气加热形成热风，热风再送往锅炉炉膛参与燃料的燃烧。根据锅炉制粉系统形式的不同，有时部分热风送往制粉系统，用于加热、携带煤粉。,.,.,.,.,送风机的工作特点是：流量较大、全压较高，抽吸的是比较干净的冷空气。在结构型式上，中小机组常采用离心式，大型机组偏向采用轴流式。因为随着机组容量的增大，送风量成比例增加，但所要求的风机全压提高幅度不大，即大型机组送风量很大，风压较低，适合于采用轴流式。,.,教材图415所示的送风机是机翼型后弯叶片悬臂式离心风机，机翼型是指叶片的断面为机翼型，机翼型后弯叶片保证了风机有较高的效率。在离心式送风机的结构识图方面，应能在给定的结构图中指出下列主要部件：进风口、出风口、进口导流器（进口调节挡板）、进口集流器、叶轮、机轴、机壳和轴承等。进口导流器用于调节风机流量，进口集流器的作用是使进入叶轮的气体流速分布比较均匀。,.,教材图416所示的送风机是动叶可调轴流式风机，动叶可调是指在运行中能调节动叶片的安装角，图中没有画出调节机构的结构。在轴流式送风机的结构识图方面，应能在给定的结构图中指出下列主要部件：进风口、出风口、进气箱、动叶、导叶（静叶）、机轴、出口扩压筒、机壳、轴承等。导叶有前置导叶和后置导叶两种，其型式和作用见教材第五章第二节的有关内容，出口扩压筒的作用是把动叶出来的高速气流动能部分转换为静压能，以降低风机动压、提高风机静压。,.,另外，在结构识图方面应能识别送风机是离心式还是轴流式。,.,（2）引风机引风机的主要作用是不间断地从锅炉炉膛抽出燃烧产生的高温烟气，高温烟气在流经锅炉各受热面时放出热量，烟气温度不断下降，然后经过除尘器除去其中的绝大部分飞灰，再经过引风机升压排往烟囱，最终排放到大气中。,.,引风机的工作特点是：流量大、全压较高，抽吸的烟气温度较高（一般在100200范围内），而且烟气中含有少量很细的飞灰和一些腐蚀性气体。在结构型式上，中小机组常采用离心式，大型机组偏向采用轴流式。,.,.,教材图417所示的引风机是双吸双支撑离心式风机，该风机在结构上左右对称，双支撑能增加运行的稳定性，教材图415所示的离心式机也可用作引风机，只是要考虑一些防磨、防积灰措施。在离心式引风机的结构识图方面，应能在给定的结构图中指出下列主要部件：进风口、出风口、进口导流器（进口调节挡板）、进口集流器、叶轮、机轴、机壳和轴承等。教材图418所示的引风机是静叶可调轴流式风机，静叶可调是指在运行中能调节前置静止导叶叶片的安装角，从而调节风机流量。在轴流式引风机的结构识图方面，应能在给定的结构图中指出下列主要部件：进风口、出风口、进气箱、动叶、导叶（静叶）、机轴、出口扩压筒、机壳、轴承等。,.,.,由于烟气中含有飞灰和腐蚀性气体，所以，引风机应考虑防磨、防积灰和防腐蚀，基于这一点，引风机叶片常采用板形叶片。由于烟气温度较高，所以，引风机应考虑轴承冷却、机壳热膨胀和热变形等问题。,.,（3）排粉风机排粉风机是钢球磨中储式制粉系统的风机，它的主要作用是把制粉系统的乏气输送到锅炉炉膛。排粉风机的工作特点是：流量较小、全压较高，输送的乏气温度较高（一般在70左右），乏气中含有少量细煤粉，而且湿度较大。在结构型式上，排粉风机常采用离心式。教材图420所示的排粉风机是单级悬臂式离心风机，它在结构识图方面的要求同上述离心式送风机和引风机。,.,由于排粉风机输送的制粉乏气含有细煤粉，而且湿度较大，所以，排粉风机要考虑防磨、防积粉和防爆措施。,.,（7）再循环风机大容量中间再热机组有时会用到烟气再循环风机，它的作用是把锅炉尾部烟道的低温烟气（烟气温度在300400左右，这里所谓的低温烟气是相对于炉膛高温烟气来说的）抽出，输送至炉膛或锅炉的高温受热面，用以调节主蒸汽温度。再循环风机的工作特点是：输送的烟气温度很高，而且烟气中含有大量飞灰，也含有一定的腐蚀性气体。所以，在结构和材料上要着重考虑耐高温、耐磨损、耐腐蚀，以及便于维护和更换易损部件。教材图422所示的烟气再循环风机是径向桨叶形风机。,.,【例题41】简述锅炉给水泵的作用、主要工作特点和结构特点。答：锅炉给水泵的作用是把除氧器水箱中的饱和热水抽出并升压到一定压力后不间断地送往锅炉。其主要工作特点是：流量大、扬程很高、工作温度高、工作压力高、转速高，抽吸的是饱和热水。其结构主要特点是：,.,为了防止发生汽蚀，给水泵多配置前置泵、汽蚀诱导轮或首级采用双吸叶轮；由于流量大、扬程很高，用一级叶轮难以满足需要，所以锅炉给水泵是多级泵；由于扬程很高，又是多级泵，给水泵转子上有很大的轴向推力，所以，锅炉给水泵都采用了平衡盘、或平衡鼓、或平衡盘与平衡鼓的联合装置来平衡轴向推力；由于泵内水压很高，为了防止轴端泄漏，给水泵的两端都配有密封性能好的轴封机构；由于工作压力和温度都很高，为了保证泵壳的密封、泵体热变形均匀对称，所以，锅炉给水泵的壳体多采用双层壳体，内外壳体之间充满着来自末级叶轮的高压水。另外，采用双层壳体便于检修、缩短检修停泵时间。,.,【例题42】简述热力发电厂主要有哪些风机？根据所输送的气体性质说明它们在结构上应注意哪些问题答：热力发电厂的主要风机有：送风机、引风机、排粉风机和烟气再循环风机等。送风机所输送的是比较干净的冷空气；引风机所输送的是温度较高的烟气，而且烟气中含有少量的细飞灰和一些腐蚀性气体；排粉风机所输送的是温度较高的制粉系统乏气，乏气中含有少量细煤粉，而且乏气湿度较大；烟气再循环风机所输送的是温度很高的烟气，而且烟气中含有大量飞灰，也含有一定的腐蚀性气体。,.,根据所输送的气体性质，引风机在结构上应考虑防磨、防积灰和防腐蚀，以及轴承冷却、机壳热膨胀和热变形等问题；排粉风机在结构上应考虑防磨、防积粉和防爆等问题；烟气再循环风机在结构上应考虑耐高温、耐磨损、耐腐蚀，以及便于维护和更换易损部件等问题。,.,【例题43】选择题在图44所示的锅炉给水泵结构图中，选择一个正确的标注序号填入（）中。（a）（）是泵的进水口（b）（）是泵的出水口（c）（）是泵轴（d）（）是泵的外壳体（e）（）是泵的首级叶轮（f）（）是泵的末级叶轮（g）（）是泵的轴封机构（h）（）是泵的轴承机构（i）（）是泵的轴向推力平衡机构（j）（）是汽蚀诱导轮,.,图44QG525-240型锅炉给水泵结构图（见火力发电厂设备手册第四册汽水系统设备中国华电电站装备工程集团总公司电力部电力机械局编中国电力出版社P36图1注：应在原图中加上标注）答案：（a）（6）；（b）（11）；（c）（2）；（d）（9）；（e）（7）；（f）（12）；（g）（4）；（h）（3）；（i）（13）；（j）（5）。,.,第三节离心泵轴向推力及其平衡,轴向推力的产生及其计算离心泵在运转时，在其转子上会产生与泵轴相平行的力，这种力称为轴向推力。离心泵产生轴向推力的原因主要有：由于离心式叶轮两侧液体压力分布不对称，会在叶轮上产生一个由后盖板指向叶轮进口的力，这个力通常用F1表示，它是轴向推力的主要组成部分,.,对于离心式叶轮，由于液体是轴向流入，径向流出，根据动量定理，液体会在叶轮上产生一个由叶轮进口指向后盖板的力，这个力通常用F2表示，它的方向总是与F1方向相反；对于立式泵，由于转子的重力（包括其中的液体重力）与轴平行，所以，此时转子的重力也属轴向推力，转子的重力通常用F3表示，它的方向总是垂直向下的，是否与F1方向一致，应视泵的具体结构；,.,由于轴的结构因素引起的轴向推力，其方向视具体情况而定。例如悬臂泵，轴的一端在泵内，端面压力是泵的吸入压力；另一端在泵外，端面压力是大气压，这样会产生轴向推力。又如有些离心泵，其轴是变轴径的，这样也会产生轴向推力。这一部分不作考核内容。对于一个离心叶轮上的轴向推力F1，其产生的机理和计算方法在教材中已详细介绍了。对于一个离心叶轮上的轴向推力F2，教材给出了其计算公式，见教材公式（42），式中是液体流进叶轮是的轴向速度，它等于流进叶轮的流量除以叶轮的进口面积。,.,对于多级离心泵，如果所有叶轮的进口朝向相同，而且每个叶轮的F1和F2分别相等，则教材公式（44）成立。对于立式离心泵，转子的重力F3是否与F1方向一致，应视泵的具体结构，例如，对于教材图410所示的多级离心式凝结水泵，除首级是双吸叶轮理论上没有轴向推力，其它各级叶轮的F1都是垂直向下的，此时F3与F1方向一致；对于教材图49所示的两级离心式凝结水泵，F3的方向是垂直向下，第一级的F1方向向上，第二级的F1方向向下，另外，从图中可以看出，这两级叶轮的结构不同，一般来说，这两级的F1、F2大小不等。应能根据泵的具体结构，分析每个叶轮的F1方向。,.,轴向推力的平衡如果泵的轴向推力不平衡，则泵的转子就会向轴向推力的方向移动，直至转子与泵的某个静止部件相接触，这时轴向推力有该静止部件来承担。由于转子与静止部件相接触，必然导致严重的摩擦，因此应对轴向推力进行平衡。,.,一般来说，单级离心泵的轴向推力不是很大，其平衡方法主要有：利用平衡孔或平衡管；采用双吸叶轮；采用背叶轮。这三种平衡方法的平衡机理和特点教材已作介绍，它们都不能完全平衡轴向推力，残余的轴向推力由轴向推力轴承承担。,.,多级离心泵，特别是电厂的锅炉给水泵和大型立式泵，其轴向推力往往大到几十吨，难以完全由轴向推力轴承来承担，必须采用一些平衡方法，主要有：叶轮采用对称布置，使一些叶轮的轴向推力相互抵消；采用平衡盘；采用平衡鼓采用平衡盘与平衡鼓组合装置。如教材图441和图442所示，叶轮采用对称布置会使泵的结构复杂，另外也会影响泵的效率。,.,如教材图443所示，平衡盘装在多级离心泵的末级叶轮之后，随转子一起旋转，它有一个径向间隙b和一个轴向间隙b0，它能自动、完全平衡轴向推力，但这种平衡是动态平衡，转子会轴向窜动，当轴向窜动量较大时，平衡盘与平衡座会发生严重磨损甚至相互咬合在一起。鉴于平衡盘能自动、完全平衡轴向推力，多级离心泵一般不再配备轴向推力轴承，但对于电厂大型锅炉给水泵，为了提高可靠性，仍配备了轴向推力轴承。,.,如教材图444所示，平衡鼓装在多级离心泵的末级叶轮之后，随转子一起旋转，平衡鼓没有轴向间隙，当转子轴向窜动时，不会与静止部件发生碰磨，但当泵的运行工况发生变化、轴向推力发生改变时，平衡鼓的平衡力大小相对稳定不随之变化，所以，平衡鼓不能自动、完全平衡掉轴向推力。,.,平衡盘与平衡鼓组合装置（如教材图445所示）充分利用了平衡盘和平衡鼓的各自优点，具有很好的平衡性能，所以，大型机组的锅炉给水泵常采用这种装置来平衡轴向推力。上述几种平衡方法的原理、特点等详细内容见教材，特别是平衡盘和平衡鼓的有关内容应能很好掌握。,.,另