SQ300-670型汽动给水泵前置泵低流量串轴能耗大原因分析及治理N(国际宁德)

1、SQ300-670型汽泵前置泵低流量时串轴、能耗大原因分析及治理马占兵 刘瑞 刘勇 邓建蔚（福建大唐国际宁德发电有限责任公司，福建宁德 ）摘要：通过对汽动给水泵前置泵结构进行研究，对低流量串轴、能耗大原因进行分析，找出引起引起水泵稳定性和经济性差的主要原因，提出解决的方法和措施，并予以实施。关键词： 稳定性、比转数、扬程、效率、汽蚀余量、轴承温度一、 概述大唐国际宁德发电有限责任公司两台超临界600MW机组汽动给水泵系统配置4台上海KSB泵有限公司生产的50%容量SQ300-670型电动前置泵。其主要设备设计参数如下：型号为SQ300-670，设计流量Q1177m3/h，设计扬程H147m，转

2、速n1490r/min，设计效率83.5%。配用上海电机厂生产的630KW电动机。二、存在的问题：自06年6月机组投产以来，4台汽前泵一直存在着低流量时转子抖动串轴，多次造成机械密封、非驱动端推力轴承损坏和机械密封冷却腔密封垫泄漏,严重时出现“啃轴”,正常运行时非驱动端轴承温度经常高达6570，经了解该产品在其它电厂使用状况与我公司相似，在安全性上都存在着同样的问题。出于安全、经济各方面考虑，我公司与科研单位合作共同对其进行治理、改造。为改进提供科学依据,首先进行了改前性能诊断测试,测试结果见表1、图2。通过性能诊断测试和两年多运行状况分析，汽前泵存在下列主要问题：（1）运行稳定性差。低流量运

3、行中振动较大且存在明显串轴，噪音大，推力轴承温度高、损坏快以及机械密封损坏等问题，严重时出现叶轮锁母松动退扣，叶轮“啃轴”事故；（2）冷却腔与泵体密封垫易泄漏，维修困难；（3）泵效率低，耗电大，最高运行效率只有77.67%,较设计值低得太多,密封间隙大,高达2mm以上,有较大节能潜力。三、 汽前泵稳定性与经济性差的原因分析：1、稳定性差的原因分析由于汽前泵采用的双吸叶轮其设计比转数只有51.7，属于低比转数泵，扬程较高达147m。通过改前性能测试，双泵最高负荷时汽前泵出口压力为2.43Mpa，除氧器压力为1.017 Mpa，此时相应于主泵表1 SQ300-670型前置泵改前安全经济诊断测试数据

4、汇总表序号项目名称符号单位测试工况备注(双泵)(单泵)(双泵)(双泵)(双泵)1机组负荷299.8401.9 501.2549.6600实测2泵入口压力p1a0.73 0.913 1.058 1.1391.23实测3泵出口压力p2a2.05872.2152.312.372.43实测4质量流量t/h567.27664.46835.6935.251020.8 实测5体积流量m3/n623.2 738.5937.191053.211154.5 计算6除氧器压力p氧a0.50310.6810.840.90 1.017实测7除氧气水温t氧157.3168.2175.8178.6184.4实测8水密度 m

5、3910.3899.7891.6888.0 882.8 查表9扬程m148.79147.52143.14141.31138.56计算10电功率Pd411.45435.82480.64512.47536.48实测11电流安47.3349.1151.7255.0658.61实测12电机效率d92.592.592.592.592.5选用13轴功率PKW380.91403.13444.59474.03496.24实测14泵效率60.43 66.2673.3175.9777.67 计算15主泵转速n 3806 4295487151685319 实测16可用汽蚀余量NPSHam162.49160.8215

6、5.74 153.31149.86计算17必须汽蚀余量NPSHrm293236.54045设计18m5.605.034.273.833.31计算的可用汽蚀余量NPSHa为149.86m，为主泵的必需汽蚀余量NPSHr45m的3.31倍。根据国内、外标准，推荐选用NPSHa=(22.4)NPSHr。由于可用汽蚀余量过大，必然造成前置泵叶轮直径大，重量重，而该机组又经常处于低负荷下运行，使泵经常在额定流量的50%左右低流量、高扬程（147m）下运行。低流量运行时，泵内流动要发生旋转失速、流动颤抖和压力脉动，轴向力明显波动增大，无法平衡，造成转子抖动串轴，加上泵壳为单蜗式，低流量时产生较大的径向力，

7、经计算50%额定流量时径向力高达756.5Kg,使转子绕度大大增加,引起密封环快速磨损和轴的疲劳损坏。此外叶轮流道制造工艺欠佳,两侧盖板对称性差,加剧破坏了转子的稳定性,从而造成了轴承温度高,转子抖动串轴,逐步发展到锁母退扣松动,出现叶轮“啃轴”等问题。原制造装配工艺欠妥：叶轮与轴的配合采用滑装，其间隙较大均在0.1mm及以上，而叶轮直径大，重量大，转子在波动增大的轴向力和径向力的冲击下，叶轮锁母虽有锁紧垫圈，运行不久就松动退扣，出现叶轮“啃轴”、断轴现象。冷却腔与泵体密封垫频繁泄漏原因主要是设计不合理所致，最窄密封面只有3-5mm宽，且壳体密封面不是一个完整平面，由于水泵低流量转子串轴抖动对

8、冷却腔的冲击和热变形等原因，造成原低压石棉垫极易发生泄漏，而且由于结构原因处理时需要隔离系统后，拆卸非驱动端轴承和机械密封，工作量极大。非驱动端轴承每次拆卸，均需要更换，造成较大浪费。2、经济性差的原因分析： 除汽前泵效率低以外，过大的可用汽蚀余量是汽前泵经济性差的根本原因。众所周知，汽前泵的作用就是保证汽动主泵不汽蚀，根据安全稳定性分析和国内外前置泵安全经济使用情况分析，按可用汽蚀余量NPSHa=(2.02.4)NPSHr的要求选择配置前置泵设计扬程，汽动主给水泵是安全可靠的，而且是经济的。根据改前诊断测试，在满负荷（600MW）工况下的扬程为138.56m(见表1),再加上我公司除氧器位置

9、高,对前置泵的倒灌高度为30.7m,扣除叶轮入口流动损失及管道阻力(含主泵前流量表的压损)和汽动主泵标高后，仍有可用倒灌高度10.6m,可用汽蚀余量NPSHa=149.16m,为NPSHr=45m的3.31倍,可见明显高于最佳范围,必须削减扬程。经优化计算前置泵的扬程可减少35-40%（约50m）,即改后泵的扬程为90m左右,再加上可用的倒灌高度10.6m,可用汽蚀余量NPSHa=100.6m左右,为汽动主泵的必需汽蚀余量45 m的2.24倍,完全可满足汽动主泵的汽蚀余量要求,这样不但提高了前置泵的安全稳定性,而且经济性明显提高,按此推算电功率可下降35-40%左右,即每小时前置泵的电功率可下

10、降150kW以上,当然由于前置泵的扬程降低，汽动主泵必然转速略有升高，来弥补锅炉上水所需扬程，使得小汽机的进汽量略有增加，从经济上来算，减去多耗汽的煤耗成本，实际每小时至少可节电100kwh以上，可见效益可观。由于汽前泵改小后扬程下降，主泵是否有富裕量来弥补，为此我们统计了改造前#3、4机组最高负荷时主泵小汽机的对应最高转速只有5380r/min（诊断试验时为5319 r/min）。由于泵的出力与转速3次方成正比。驱动主泵的小汽机设计最高转速为5800r/min，为机组最高负荷的转速5380r/min的1.078倍，按3次方关系，即汽动主泵还有25.3%的裕量，而汽前泵削减50m 扬程只需占用

11、主泵总扬程3350m的1.5%，即改后汽动主泵仍有23.8%的裕量。所以汽前泵改小，扬程下降50m 后，给水泵组在最高负荷时，仍有23.8%的裕量,可见是安全可靠的。四、 改造方案：改造的思路主要是削减扬程，提高水泵低负荷稳定性；在保证负荷最大时轴承温度不超标的情况下，调整轴承游隙，具体实施方案内容如下：1. 采用车削办法，削减扬程将泵改小，减少低流量时轴向力与径向力波动和增大的问题，提高转子的刚度和流动稳定性。2. 进行泵的通流部分改造,对原叶轮和蜗壳局部关键型线进行优化改进，来提高泵的效率与汽蚀性能。3. 将叶轮与轴的滑动配合改为过渡配合，增强转子的稳定性。4. 对冷却腔进行加装2道耐热胶

12、圈的密封改进，解决经常泄漏问题。5. 调整推力轴承游隙，控制在0.100.15之间，并将轴承外圈压死。6. 高标准严要求进行检修组装。五、 改造过程控制：改造由宁德发电公司设备部汽机专业负责全过程控制。水泵解体后，采用专利技术对原叶轮局部关键叶形进行改进，提高配套性、稳定性和水泵效率。冷却腔采用加工特殊圈槽安装5.7mm和3.5mm两道O形耐热胶圈，改进密封方式，提高密封效果。对蜗壳隔舌打磨呈鱼头形，对所有部件进行了仔细清洗，更换了叶轮密封环、支持轴承，保证轴弯曲在0.04以内。叶轮与泵轴改为过渡配合，安装时采用热装，并保证叶轮处于正中位置，清理冷却腔与泵体结合面，消除毛刺、划痕，连接螺栓紧固

13、均匀。中分面密封垫与冷却腔配合部分，采用留余量，涂密封胶紧固中分面螺栓后用刀割加工成型，并修理光滑，保证无短缺且配合严密。机械密封安装后用卡块锁死，并认真调整安装轴承，严格控制推力轴承游隙为0.100.15mm，同时保证轴承外圈与轴承盖压死无间隙。六、 改造后效果：改造后汽前泵一次启动成功，运行安全稳定，轴承无异音，改造前机组满负荷汽前泵电机电流为58.61A，改造后电流为40.1A，下降了18.51A。机组各种负荷时水泵均无串轴。非驱动端轴承温度由比改前降低了8。为了准确测定改造后节电效果,特进行了性能测试,测试结果见表2,图2:表2 SQ300-670型前置泵改后性能测试数据汇总表序号项目

14、名称符号单位测试工况备注(双泵)(单泵)(双泵)1机组负荷300400 600实测2泵入口压力p1a0.74 0.946 1.238 实测3泵出口压力p2a1.641.80 2.03实测4质量流量t/h584.50 690.861042.3实测5体积流量m3/n641.95 767.791181.08计算6除氧器压力p氧a0.5040.681.018实测7除氧器水温t氧157.6167.7184.1实测8给水密度 m3910.5899.8882.5查表9扬程m100.7696.7591.48计算10电功率Pd252.8270.21338.06实测11电流安30.0 32.140.1实测12电机

15、效率d92.592.592.5选用13轴功率PKW233.84249.94312.71实测14泵效率68.63 72.8783.09计算测试结果和改造后的实际运行情况总结：1、从2009年1月至今，汽前泵运行平稳，振动小，未发生任何问题，轴承温度，轴承噪音都比改前有很大的改善，从根本上解决了低流量工况下转子抖动，串轴以及冷却腔泄漏问题，大大提高汽前泵的安全稳定性。2、原泵可靠性差是由于设计选型参数不当，扬程太高，汽蚀余量与主泵匹配不当，是该泵低流量工况下，泵内流动发生旋转失常，流动颤抖和压力脉动，轴向力和径向力波动增大是转子串轴，抖动和“啃轴”的根本原因。3、从图2、表1、表2比较可见:虽然叶

16、轮外径平均车削了18.3%,但泵经过通流部分改造,对原叶轮和蜗壳关键局部型线,采用特殊加工方法进行优化改进,采用高效鱼头形叶型,不但弥补了叶轮车小后效率下降外,反而使泵的效率提高了57.5%,最高运行效率达83.09%,居国内先进水平,而且改后Q-H曲线更加平直,有利于稳定性和流量调节。4、改后泵扬程下降了4649mm，但设计工况下泵扬程还有91m，加上汽前泵入口有效倒灌高度11.3m,可用汽蚀余量NPSHa仍有102.3m,为主泵必须汽蚀余量NPSHr=45m的2.27倍,由此可见,汽前泵的扬程完全可满足汽动主泵的汽蚀性能要求,且安全可靠。5、从图2，表1、2比较可见，在运行工况内，汽前泵电

17、流下降了1718.5A,电功率下降了160200KW,按宁德发电公司2009年平均负荷率80计算，一台汽前泵平均每小时可节电160Kwh,按机组年平均运行7140小时计算,则年节电:1607140=114.2万(Kwh)，全公司四台汽前泵改造后一年可实现节电456.8万Kwh，按平均上网电价0.40元/Kwh计算可增加上网电量收入182.72万元。因汽前泵扬程下降后小机耗汽量稍有增加，通过各负荷下小汽机耗汽量比较，改造后小机耗汽量（两台小机总和）较改造前按平均增加0.3t计算，改造后一台机组发电煤耗增加0.05g/Kwh，按2009年两台600MW 超临界机组全年发电量68亿Kwh计算，因小机汽耗量增大增加标煤消耗量340t，按2009年标煤单价700元计算，增加成本23.8万元。综合比较，宁德发电公司2009年四台汽前泵改造后一年可实现直接经济效益约159万元。另外由于汽前泵机械密封泄漏、端面泄漏问题的根治，汽