锅炉多级给水泵平衡装置的改进

朱忠翔，姚 鹏

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

锅炉多级给水泵平衡装置的改进

朱忠翔，姚 鹏

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

主要介绍闪速炉分段式多级给水泵平衡装置容易磨损的原因和对平衡盘的结构及其工作原理进行分析，并通过分析闪速炉锅炉给水泵平衡装置轴向力产生的原因和平衡机理，提出相应的改进措施，对平衡装置进行有效的改进，以提高设备的检修质量，节约运行成本。

关健词：闪速炉；给水泵；平衡装置；轴向力；机理

1 引言

江铜集团贵溪冶炼厂二系统动力中心有4台闪速炉锅炉给水泵，2台运行2台备用，为新系统闪速炉锅炉的稳定运行而交替工作，为闪速炉锅炉提供达标的生产纯水，闪速炉锅炉给水泵运行情况的好坏直接影响锅炉是否能安全平稳运行。

闪速炉锅炉给水泵为分段式多级锅炉给水泵，该泵里面叶轮级数为九级，而出于对泵轴形成支撑结构的考虑，在整台泵的两端使用带甩油环的滑动轴承，泵产生的轴向力通过设在末级叶轮后平衡室内的平衡装置自动调节平衡［1］。填料密封形式在闪速炉锅炉给水泵中广泛运用。在实际生产中，闪速炉锅炉给水泵的平衡装置多次损坏，频繁切换，严重影响了闪速炉锅炉长周期安全稳定运行，也增加了检修任务和维修费用。

闪速炉锅炉的配套给水泵性能参数表见表1所示：

表1 闪速炉锅炉给水泵主要性能参数

2 平衡装置的工作原理

平衡装置的组成部分包括了平衡室、平衡板、平衡盘和平衡管等。平衡装置装在锅炉给水泵的末级叶轮之后，平衡盘随泵的转子一起旋转、平衡板固定在泵体上是不动的。

图1 平衡装置工作原理和平衡盘压差示意图

从上面给出的结构原理图中我们可以获知，该平衡盘装置中存在着两个很关键的间隙：其中一个指的是平衡盘内端面与平衡板间的轴向间隙（水膜厚度），在图中用b2进行表示，通常在0.1～0.2mm之间，当其处在运转过程当中时，则会减小到0.02～0.05mm之间。还有一个间隙是平衡盘轮毂外圆柱面与平衡板内表面之间的径向间隙，在图中用b1进行表示，通常这一间隙范围在0.2～0.3mm之间。

平衡盘后面的平衡室与锅炉给水泵进水口相连通。径向间隙b1前对应的压力可用p2来表示，也就是该泵末级叶轮后泵腔对应的压力值。流通介质通过径向间隙b1后压力下降为p4，再经过轴向间隙b2降至与进水口压力相同的压力p5。平衡盘前面的压力p4大于平衡盘后面的压力p5时，其压差产生的平衡力F指向锅炉给水泵的后方，与叶轮的轴向力A方向相反，该平衡力F用以平衡此轴向力A。

通常p2和p5不会有较大的变化，所以△P（即C和p5相减的值）基本上恒定不变，当轴向力A超过了平衡力F，就会使锅炉给水泵转子往前移，那么轴向间隙b2的值就会变小，相对应的间隙阻力增大，流体介质泄漏量Q减小。当Q值变小，经过径向间隙b1的介质的压差△P1（即p2和p4相减的值）减小，这样就使平衡盘前面的压力p4变大。所以△P2（即p4和p5相减的值）也会相应的变大，从而平衡力F也相应的增大。

随着锅炉给水泵的转子往前移动，从而使平衡力F逐渐增大，当泵转子往前移动到一定位置能使平衡力F和轴向力A相等，从而达到短暂的平衡状态。相同道理，当轴向力A小于平衡力F时，泵转子往后移动到一定位置时，能使平衡力F减小到与轴向力A相等，从而达到短暂的平衡状态，所以平衡装置的平衡原理是靠平衡盘和平衡板之间相对运动的变化来实现的。

3 闪速炉锅炉给水泵平衡装置存在的问题

在闪速炉锅炉给水泵实际工作过程中，位于末级叶轮处的平衡装置引发的问题较为频繁。

在检修闪速炉锅炉给水泵的过程中发现，末级叶轮处的平衡装置引发的问题基本上可以归纳为以下几种情况：

（1）转子向泵的进水口方向窜动，导致该泵的叶轮出口与导叶入口的对中性被破坏，而这种变化对整台泵的运行会产生不良影响，使其振动加剧，同时工作效率下降。

（2）导叶密封环和叶轮密封环之间相互摩擦，从而扩大了导叶和叶轮之间的间隙，从而使各级叶轮间出现了更严重的泄漏现象，这种情况会使电机工作电流增大。

（3）平衡装置的磨损量超过预留给电机和泵联轴器之间的间隙，就会对电机产生巨大的轴向推力，从而损坏电机内部的轴承。

（4）出现较大程度的磨损情况时，锅炉给水泵中的叶轮同叶轮密封环和泵体相互摩擦，导致电机电流剧烈变化，容易使泵产生严重破坏［2］。

4 平衡装置的损坏原因及解决方法

4.1 平衡力大小的主要因素分析

压差所产生的平衡力在平衡盘上的作用情况［3］，能够通过分步骤的计算来得出结果：F等于F1和F2的相加之和。

一部分属于r0到r1区间内的作用力：

另一部分属于r1到r2区间内的作用力：

F代表着轴向平衡力，其单位用N 来表示；r2代表着平衡盘外圆半径，其基本单位为m；r1代表着平衡盘内圆半径，其基本单位为m；r0代表着平衡盘轮毂半径，其基本单位为m；△P2代表着平衡盘前后的压差，其基本单位为Pa；a代表着轴向间隙进口压降损失系数，通常其值的区间范围为0.2～0.25。

通过上述内容，我们能够发现平衡盘产生的平衡力F的值是同r2、r1、r、a和△P2这些因素相关联的，但r0的值是不能够随意改变的，因为它取决于结构形式的变化。在给定r2的值的前提下，a随r1尺寸的增大而减小。所以为了增大平衡力F，就应增大r1或者△P2。

根据设计要求，一般锅炉给水泵的平衡盘止口宽度L0=r2-r1与平衡盘半径r1之比（L0/r1）为0.2～0.3。

闪速炉给水泵原来平衡盘尺寸大小如图2所示：

图2 原闪速炉锅炉给水泵平衡盘的尺寸大小

原来平衡盘直口宽度与平衡盘半径的比为（90-67.5）/67.5=0.33，超过了设计比的最大要求值0.3。

修改后的平衡盘尺寸如图3所示：

图3 修改后闪速炉锅炉给水泵平衡盘的尺寸大小

修改后平衡盘直口宽度与平衡盘半径的比为（90-70）/70=0.285。在设计比的要求范围内0.2～0.3，达到了理想的平衡效果。

修改后的闪速炉锅炉给水泵的平衡盘使水室的受压面积增大了，增大了平衡力F，抵消了作用于锅炉给水泵转子轴上的总轴向力A，从而减小了整台泵的轴向窜动［4］。

4.2 对叶轮与导叶的轴向对中重视不够

当泵叶轮与导叶的轴向对中不好时，影响叶轮出口处的水流，水流受阻形成涡流，余下各级叶轮与导叶的轴向对中性受其影响，使整台泵的轴向推力向给水泵的进水侧逐步增加，一旦超过平衡装置的平衡能力时，将引起密封面轴向间隙b2减小直至平衡盘和平衡板之间相互干磨损。

所以检修锅炉给水泵时，叶轮与导叶的轴向对中性必须要高度重视，必须测量锅炉给水泵总的轴向串量A，工作轴向串量B，调整B=A/2+（0.1～0.2mm），留出大于0.1mm小于0.2mm的轴向间隙b2，对整台锅炉给水泵的工作性能是非常重要。

4.3 平衡盘与平衡板材质选用不当

该泵的平衡盘材质为灰铸铁，材质对平衡装置的影响是不容忽视的。一旦在选择材质方面出现了问题，那么设备受损的几率就会增加，这就不利于锅炉给水泵的长期稳定运行。一方面因为平衡装置组成部分之间的间隙较小，水流从高压区到低压区速度很快，对平衡装置的冲刷很严重；另一方面，水泵在起停及工况变化时瞬间的轴向力靠平衡盘与平衡盘座的直接接触来承受，摩擦很严重，可能会造成平衡盘和平衡板座咬死、干烧。

所以，应该选用较为耐磨的材料，以降低磨损几率，一般选择采用高强度铸铁、不锈钢、堆焊不锈钢，而要求更高一些的则采用堆焊硬质合金，需要我们注意的是，如果选择了不锈钢类的材料时，就需要考虑其容易咬合的特性，对平衡盘、平衡板密封面的硬度做出要求，一般要求其硬度差最小为50HBW。

4.4 盘车问题

一般来说，长期不运转会对锅炉给水泵造成不良影响，因为叶轮和转子由于受到自身重量的原因会使泵轴在垂直方向受到向下重力作用，泵轴就容易弯曲变形，变形的泵轴在整台泵的运行中会对平衡装置有一定程度的损坏。

因此我们可以通过规定盘车周期来预防，每次动维护的时候使泵轴的停留位置发生120°左右的位置变化，以防止泵轴由自然重力弯曲变形为永久弯曲变形。

4.5 平衡盘与平衡环瓢偏过大

平衡盘和平衡环是否瓢偏同样可引起平衡装置的损坏，在确保密封面平行没有偏斜现象情况下，使泵轴中心线与密封面的垂直度偏差控制0.05mm以内，否则平衡盘前侧建立不了足够压力从而无法形成有效的平衡力，首先使百分表架的底部吸磁固定，然后使百分表固定在泵轴上，表针垂直作用在平衡环接触面上，盘车使泵轴旋转360°，观查百分表的读数变化，在保证整台泵的装配精度的同时可通过平衡环周围固定螺栓及泵体紧固螺栓进行适当调整。

4.6 对转子与壳体同心度调整重视不足

如果泵转子的轴心线与壳体中心不在同一条直线上，将造成动盘轮毂与均衡套间隙不均，平衡装置的工作效率下降，情况严重时还可能使叶轮与叶轮密封环相互摩擦，由此引起整台泵的振动。由于轴颈两端滑动轴承对泵轴托起的距离不一样，会使平衡盘发生偏斜现象，使平衡盘的磨损更加严重，因此泵轴的径向对中也是非常重要［5］。

5 结语

在实际运行过程中锅炉给水泵的平衡盘经常会出现一些问题［6］，这些问题的出现，不仅会造成检修频繁、备件消耗多，而且会增加维修任务和检修费用。针对出现问题的原因，进行综合分析和总结。及时采取正确的防治措施，从而保证锅炉给水泵的安全平稳运行。

［1］袁小坪， 郭建伟， 郭守祥， 等. 余热锅炉给水循环泵故障分析及处理［J］. 设备管理与维修， 2016（4）：88-90.

［2］白章琪.余热锅炉给水泵故障分析及处理［J］.云南化工， 2016（1）：72-74.

［3］赵辉. 多级泵的轴向平衡［J］. 设备管理与维修， 2016（2）：35-36.

［4］路明， 何铭. 多级离心泵轴向力平衡装置设计探讨［J］. 科技创新与应用， 2015（17）：66.

［5］许华峰. 离心泵轴向力的产生及平衡措施［J］. 中国设备工程，2015（12）：61-63.

［6］黄东明. 多级泵安装及运行中应注意的技术问题探讨［J］. 化学工程与装备， 2015（4）：160-162.

Balance Device Improvement on Multistage Feed Water Pump of Boiler

ZHU Zhong-xiang， YAO Peng
（JCC Guixi Smelter， Guixi 335424， Jiangxi， China）

This paper mainly introduces the cause of the easy-worn balance device of sectional multi-stage feed pump in flash furnace and to analyzes the structure and working principle of balance disc. The corresponding improvement measures are put forward by analyzing the axial force forming cause and balance mechanism of feed pump balance device in flash furnace to effectively improve the balance device， enhancing the quality of equipment maintenance and saving operation cost.

flash furnace；feed water pump；balance device；axial force；mechanism

TF806

B

1009-3842（2016）04-0082-04

2016-01-13

朱忠翔（1990-），男，江西鄱阳人，主要从事机械设备的维修工作。E-mail： 420371851@qq.com