不同類型超臨界機(jī)組鍋爐給水泵對(duì)比分析

張 浩 荊 野 夏國(guó)生 張玉奎 延方泉 李娟娟

（1.沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽 100869；2.陽江核電公司，廣東 陽江 529500）

鍋爐給水泵是火力發(fā)電機(jī)組當(dāng)中將鍋爐給水由除氧器輸送到鍋爐的主要關(guān)鍵設(shè)備，該設(shè)備的運(yùn)行情況直接對(duì)電廠的正常發(fā)電產(chǎn)生影響。目前，對(duì)于600MW以上火力發(fā)電機(jī)組來講，鍋爐給水泵的核心部件通常采用國(guó)外產(chǎn)品，而非核心部件由國(guó)內(nèi)的一些大的泵制造商生產(chǎn)。雖然國(guó)內(nèi)有極少數(shù)的泵制造商可以實(shí)現(xiàn)全部國(guó)產(chǎn)化，但用戶對(duì)該產(chǎn)品的全部國(guó)產(chǎn)化認(rèn)可程度不高，這主要是由于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在可靠性和性能方面與國(guó)外產(chǎn)品相比還有一定的差距。

因此，鍋爐給水泵的可靠性、性能等方面的研究顯得尤為重要。本文通過對(duì)幾種目前正在應(yīng)用的鍋爐給水泵結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分析、對(duì)比，找出不同類型結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，從而為用戶及鍋爐給水泵的國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)提供參考[1]。

一、三種類型給水泵在結(jié)構(gòu)型式上的差異

目前中國(guó)國(guó)內(nèi)主要有四大泵生產(chǎn)廠可以提供600MW超臨界火力發(fā)電機(jī)組用鍋爐給水泵，按照泵的結(jié)構(gòu)類型劃分可以區(qū)分為以下三種不同型式（見表1）。

表1 鍋爐給水泵結(jié)構(gòu)對(duì)比表

二、三種類型鍋爐給水泵優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比

（一）動(dòng)平衡特性對(duì)比

在動(dòng)平衡的保持方面以MDG/HDB型式為最佳。MDG/HDB型鍋爐給水泵轉(zhuǎn)子組裝動(dòng)平衡后無需拆卸，可以直接安裝，因此最大限度地保障了轉(zhuǎn)子的最佳動(dòng)平衡狀態(tài)。相對(duì)而言，CHTD和HPT型鍋爐給水泵轉(zhuǎn)子在完成動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)后需要拆卸后重新安裝，而重新安裝可能會(huì)對(duì)原來的平衡狀態(tài)造成一定程度的破壞。因此，毫無疑問MDG/HDB型鍋爐給水泵（具體結(jié)構(gòu)如圖1所示）的動(dòng)平衡保持方面具有優(yōu)越性。

圖1 MDG/HDB鍋爐給水泵芯包結(jié)構(gòu)型式

（二）軸向力平衡系統(tǒng)對(duì)比

1.CHTD平衡盤結(jié)構(gòu)

CHTD型鍋爐給水泵采用如圖2所示的平衡盤結(jié)構(gòu)[2]，該結(jié)構(gòu)具有S1、S2、SE三個(gè)需要精確控制的尺寸間隙，對(duì)安裝操作的技術(shù)要求也很高。即便如此，在使用當(dāng)中仍然會(huì)經(jīng)常發(fā)生研磨等故障。

圖2 CHTD型鍋爐給水泵平衡盤

2.HPT平衡鼓結(jié)構(gòu)

HPT型鍋爐給水泵采用如圖3所示的平衡鼓結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)只有S1一個(gè)需要精確控制的尺寸間隙，但由于平衡鼓兩側(cè)的壓力差非常大，因此平衡水的泄漏流量大，會(huì)造成水力效率的下降。

圖3 HPT型鍋爐給水泵平衡鼓

3.MDG/HDB平衡套結(jié)構(gòu)

MDG/HDB型鍋爐給水泵采用如圖4所示的平衡套結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)只有S1一個(gè)需要精確控制的尺寸間隙，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。平衡套一端的水來源于中間級(jí)，因此壓力不是很高，這樣平衡水量的泄漏相對(duì)較少，不會(huì)給水力效率帶來明顯的影響。

圖4 MDG/HDB型鍋爐給水泵平衡套

（三）軸向力對(duì)比

通過對(duì)圖5、圖6的三種類型的鍋爐給水泵軸向力分布的對(duì)比可以看出，MDG/HDB型鍋爐給水泵所產(chǎn)生的軸向力大部分都可以通過自身平衡。葉輪完全同向布置的CHTD、HPT型鍋爐給水泵，所產(chǎn)生的軸向力完全呈逐級(jí)累加遞增的分布狀態(tài)。

由此可知MDG/HDB型鍋爐給水泵殘余的軸向力要小于CHTD、HPT型鍋爐給水泵。

圖5 MDG/HDB泵軸向力示意圖

圖6 CHTD、HPT泵軸向力示意圖

（四）汽蝕性能對(duì)比

首級(jí)葉輪雙吸結(jié)構(gòu)可以減小泵的必需汽蝕余量，并且可以在一個(gè)較大的流量范圍內(nèi)提供一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行特性。

汽蝕比轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：

其中：n為泵轉(zhuǎn)速，Q為流量，NPSHr為必需汽蝕余量。

相同參數(shù)下，對(duì)于CHTD、HPT首級(jí)采用單吸葉輪，根據(jù)公式（1）計(jì)算，得：

對(duì)于MDG/HDB首級(jí)采用雙吸葉輪，根據(jù)公式（1）計(jì)算，得：

即在相同流量、轉(zhuǎn)速的條件下MDG/HDB型鍋爐給水泵具有較低的汽蝕比較速，這說明首級(jí)采用雙吸葉輪具有更良好的抗汽蝕能力。

根據(jù)不同項(xiàng)目的鍋爐給水泵技術(shù)規(guī)格書，對(duì)參數(shù)相近、結(jié)構(gòu)型式不同的鍋爐給水泵的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)（詳見表2），據(jù)此可知，MDG/HDB型鍋爐給水泵具有較低的汽蝕比轉(zhuǎn)速。

表2 不同結(jié)構(gòu)型式的鍋爐給水泵的數(shù)據(jù)表

（五）抵抗熱變形能力對(duì)比

由于液體介質(zhì)的密度與溫度有關(guān)，泵處于備用狀態(tài)時(shí)會(huì)形成上、下殼體溫度存在一定的差異。而溫度的差異會(huì)導(dǎo)致泵的零部件受熱不均而形成熱變形，熱變形嚴(yán)重時(shí)泵不能投入運(yùn)行，因此鍋爐給水泵都設(shè)有上、下殼體溫差監(jiān)控裝置。超出該泵的額定溫度差范圍以外時(shí)，泵不能投入運(yùn)行。三種類型泵的技術(shù)規(guī)格參數(shù)為：MDG/HDB泵殼體溫差控制溫度40℃，CHTD泵殼體溫差控制溫度25℃，HPT泵殼體溫差控制溫度15℃。由此可知，MDG/HDB型鍋爐給水泵具有更好的抵抗熱變形的能力。

（六）芯包安裝、更換型式對(duì)比

在泵芯包的安裝方面，MDG/HDB和CHTD類型屬于非集裝式芯包，HPT類型屬于集裝式芯包。集裝式的芯包部分包括兩端的軸承體部件和機(jī)械密封部件，在安裝及更換芯包以前，這部分就已經(jīng)被安裝到了芯包上面。而非集裝式的芯包本身不包括兩端的軸承體部件和機(jī)械密封部件，這部分需要在安裝及更換芯包以后再進(jìn)行安裝。

因此，集裝式芯包的安裝具有快捷的特點(diǎn)，能夠滿足一些電廠要求24小時(shí)以內(nèi)更換芯包的要求。在快速更換及安裝芯包要求這方面，HPT型鍋爐給水泵具有較大優(yōu)勢(shì)。

（七）最小流量對(duì)比

鍋爐給水泵具有每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的運(yùn)行特點(diǎn)，因此運(yùn)行過程中葉輪與傳送液體之間摩擦而產(chǎn)生大量的熱，當(dāng)泵的流量低于所需要的最小流量要求時(shí)，摩擦所產(chǎn)生的熱不能及時(shí)被帶走，泵內(nèi)介質(zhì)的溫度會(huì)迅速升高，而溫度升高會(huì)導(dǎo)致泵容易發(fā)生汽蝕。因此，鍋爐給水泵都有關(guān)于最小流量的控制回路，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行流量小于最小流量要求時(shí)，該回路打開，泵出口流出的液體會(huì)通過回路流回泵入口，從而保障泵具有足夠的流量。而最小流量決定了最小流量回路系統(tǒng)的管路及閥門的規(guī)格，會(huì)影響到系統(tǒng)的造價(jià)成本。從幾種不同泵類型的技術(shù)規(guī)格書中提取關(guān)于最小流量的具體數(shù)值，匯總成表（見表3）。

據(jù)此可知，CHTD和HPT型泵所需的最小流量較小，而MDG/HDB型泵所需的最小流量較大。

表3 不同類型鍋爐給水泵最小流量匯總表

三、結(jié)論

通過MDG/HDB、CHTD、HPT三種不同類型鍋爐給水泵的對(duì)比可以看出，MDG/HDB型鍋爐給水泵具有動(dòng)平衡轉(zhuǎn)子直接組裝、小軸向力、水平衡系統(tǒng)安全穩(wěn)定、高的抵抗熱變形的能力。因此，MDG/HDB型鍋爐給水泵在安全穩(wěn)定運(yùn)行方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。而在快速安裝、更換芯包方面，HPT型鍋爐給水泵具有一定的優(yōu)勢(shì)。