真空泵改造.docx

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真空泵改造

引言

　　内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司（以下简称托电一期工程建设2×600MW亚临界水冷燃煤机组,1、2号机组分别于2003年6月9日、7月29日投产发电。

每台机组配备2台100%容量真空泵,型式为2BW4403-0BK-Z水环式,机组正常运行时一台运行、一台备用。

一期真空泵自投产以来,在高真空状态下泵的轴承振动值超标,造成轴承和叶轮的使用寿命缩短,并且发生过轴承损坏和叶轮叶片产生裂纹等故障。

　　针对上述情况,托电决定对一期真空泵的问题进行综合分析治理,使真空泵的缺陷彻底消除。

1、真空泵振动及原因分析

　　托电一期水环真空泵系统流程图见图1。

一期真空泵自投产以来,出现了运行中轴承振动速度超标而振动幅度正常的情况,特别是高真空运行状态下泵的轴承振速达到了8.0mm/s,大大超过了允许值4.5mm/s。

表1为2号机A真空泵轴承振动的数值。

图1　水环真空泵系统流程图

　　真空泵振动大的原因有以下几种:

　　（1轴承安装、检修质量不良;

　　（2转子不平衡;

　　（3轴承质量不合格;

　　（4泵内发生汽蚀。

　　分析认为,真空泵经过几次检修,安装、检修质量不存在问题;轴承经过解体检查,质量合格;转子在出厂时已做过动平衡试验,也没有问题。

最终分析认为是高真空运行时真空泵内发生汽蚀所致。

经过调查,国内其它厂水环真空泵也曾经发生类似情况。

表1　2A真空泵改造前轴承振动数值

　　水环真空泵的工作原理是利用容积变化来实现抽真空,转子在泵内偏心安装,它的转动会迫使工作液沿泵壳内壁形成一个与其同向旋转的液环,此时会在两相邻叶片、叶轮轮毂和液环内表面之间形成气腔,随转子的转动此气腔在泵的吸气区体积逐渐增大,其内部压力下降,从而将气体吸入泵内,相反气腔在排气区体积逐渐缩小,内部压力上升,从而将气体排出。

　　在整个运行过程中,从最大吸气区到排气区阶段,泵一直处于高真空状态下运行,真空泵一般的设计极限绝对压力为3.3kPa,压力低时泵内汽蚀相当严重,从而造成泵体振动。

随着真空的上升（即压力降低,汽蚀和振动都将加剧,水环也在增大,因而叶片负荷也急剧增加,高真空所形成的巨大拉应力作用在叶片上,容易导致叶片疲劳断裂,该现象往往出现在叶轮铸造缺陷的位置。

真空泵长时间在汽蚀的恶劣工况下运行,不仅由于振动使轴承的寿命缩短,而且叶轮的使用寿命也将大大缩短。

2、改造情况

　　为解决真空泵汽蚀的情况,需提高真空泵入口压力,为此提出为真空泵增加前置喷射装置。

2.1、前置喷射装置的工作原理

　　前置喷射装置为一个喷嘴和扩压管组合装置,动力气源采用真空泵出口气流。

通过从排气侧（气水分离器引入接近大气压力的气流,通过喷嘴加速形成高速气流,来带动吸入口内的气体一起从吸气支管进入泵内。

在泵初始运行入口力高时,喷射器不投入,绝对压力达到15kPa左右时,喷射器投入工作。

真空泵增加前置喷射置改造后,可将泵入口绝对压力由原先的4～8kPa提升至9～15kPa,从而大大减轻泵内的汽蚀现象,达到稳定运行的目的。

同时增加喷射器后可提高凝汽器在低真空状态下的抽气量,提高系统真空度。

2.2、改造施工方案

　　改造安装的系统方案如图2,具体方案为:

　　（1将真空泵入口气动阀去掉,保留入口逆止阀,在泵入口与逆止阀之间加装两个气动阀（16a、16b。

　　（2在喷射器至分离器管段加装第三道气动阀（19a。

　　（3在汽水分离器靠排气侧的顶部开孔,用以连接喷射器吸入直管。

　　（4在泵进气管靠分离器侧顶部开孔,连接前置喷射器喷管及连接部件。

　　（516a、16b两阀门中间短管开孔,用来接喷射管部件。

　　（6就地选取压力气源口并接管至气源配气箱,以供气动门用气。

　　（7顶部4个热工压力测点及1个就地压力表测点口如图2所示。

（8系统的程序控制做入DCS中。

3、改造前和改造后运行情况对比

3.1、2号机A真空泵前置喷射器投运试验

　　2号机A真空泵于2007年5月19日14点51分投入前置喷射器,投入前后部分参数对比见表2。

表2　2A真空泵投入喷射器真空和噪声对照表

　　2号机A真空泵投入前置喷射器前振动见表1,投入后真空泵振动见表3。

3.2、2号机B真空泵前置喷射器投运试验

　　2号机B真空泵于2007年5月20日0点18分投入前置喷射器,投入前后部分参数对比见表4。

表4　2B真空泵投入喷射器真空和噪声对照表

　　2号机B真空泵投入前置喷射器前振动见表5,投入后真空泵振动见表6。

3.3、2号机真空泵前置喷射器投运试验结果

　　对比以上数据,可以得出以下结果:

表3　2A真空泵投入喷射器后轴承振动数值

　　改造后,2A真空泵轴承振速下降了1.4～5.8mm/s,振速最大值2.4mm/s,达到合格水平;机组真空在负荷不变的情况下提高约0.7kPa,噪音下降9dB。

　　改造后,2B真空泵轴承振速下降了0.8～4mm/s,振速最大值3mm/s,达到合格水平;机组真空在负荷不变的情况下提高1.1kPa,噪音下降7dB。

4、结论

　　托电水环式真空泵增加前置喷射装置的改造,有效降低了真空泵轴承的振动值和运行噪音,提高了机组的真空,取得了良好效果。

　　（1真空泵进行增加前置喷射器改后,真空泵即使在高真空运行状态下泵的轴承振动值也远小于标准值,可有效延长轴承和叶轮的使用寿命,有利于设备的安全稳定运行;同时可延长设备的检修周期,节约检修费用。

　　（2真空泵进行增加前置喷射器改造后,可降低设备运行时的噪音,有利于环保。

　　（3真空泵进行增加前置喷射器改造后,可提高运行机组的真空,降低煤耗,有利于节能降耗。

图2　真空泵改造后的设备流程图

2.3、加装前置喷射器后真空泵的逻辑程序

　　（1泵启动前要求气动阀16a、19a关闭,16b处于开启状态。

　　（2泵启动后,当入口压差ΔP（16a气动阀前后1、2测点达到2kPa（2点绝对压力-1点绝对压力≥2kPa时,16a气动阀开启,其他两门维持原状。

　　（3当入口绝对压力P1低于（6～8kPa时（相对值-84kPa,当地大气压以90kPa计算16b关闭,同时打开19a气动阀,16a维持原开状态。

　　（4泵在正常停运时,16a先关闭后,才允许停泵（联锁状态下控制,不允许CRT手操。

　　（516a、16b是气开门（即24VDC通电供气开门,24VDC断电,断气关门;19a气关门（即24VDC通电供气关门,24VDC断电,断气开门。

水环式真空泵简析（1

时间:

2009-10-23　　来源:

山西漳泽电力股份有限公司河津发电厂　　编辑:

张宏杰

　　凝汽器的真空系统主要由真空泵及其管道系统等组成;用以维持凝汽器系统真空。

真空泵种类繁多,目前普遍采用的是机械离心式真空泵和水环式真空泵。

河津发电厂2×350MW机组采用水环式真空泵,并在真空泵吸入口前串联1个射气抽气器。

1、抽真空系统主要设备及工作原理

1.1、抽气器原理

　　抽气器一般有射水抽气器和射汽抽气器两种。

其工作原理大致相同,仅仅是喷射工质不同而已,一种是水,而另一种是蒸汽。

图1是抽气器的工作原理图。

从图1中可以看到;喷射工质（水或汽由喷咀高速喷出时,在扩压管入口形成高度真空,将周围空气（从凝汽器引来的吸入扩压管。

在扩压管出口水汽的速度逐渐降低,压力不断升高。

最后将混合的气体排入大气中。

这样就可将凝汽器内的空气和不凝结蒸汽抽出。

抽气器本身结构比较简单、工作可靠、启动迅速,并具有较强的自吸能力。

图1　抽气器工作原理

1.2、抽气器结构

　　图2是抽气器的结构图,它与前面所提到的射水（汽抽气器有所不同,不是靠射水或者射汽来作为工作的介质,而是靠抽气器出入口的差压产生引射作用来工作。

它主要用来弥补水环式真空泵受高真空度下工作的限制。

图2　抽气器结构图

1.3、水环式真空泵的结构

　　水环式真空泵主要由泵轴、叶轮,泵壳、端盖,隔板、泵轴和密封装置等组成。

从图3中可以看到:

泵壳为圆筒双结构,泵壳的夹层分别与两侧的隔板（5和（8的进排气口及密封水入口相通,形成进气、排气、和密封水3个空间。

借助端盖上的螺栓,将隔板压紧在泵壳上,并使它与叶轮（7端面的间隙保持一定在0.2mm～0.4mm。

由于叶轮端面与隔板的轴向间隙很小,为了防止真空泵在工作时泵轴窜动而引起动静部分的磨损,在泵轴的自由端设有一双向推力球面轴承。

作为泵轴轴向定位的基准。

而泵轴两侧分别由2个径向滚柱轴承支承。

1.4、密封水泵

　　密封水泵的型号为50X40CSH-K单级卧式离心泵,它作为水环式真空泵的密封水泵,其结构形式与一般卧式离心泵并无多大差别。

因为水环式真空泵在工作中,由于叶轮与水环不断撞击摩擦,使水环温度不断上升,而直接影响到泵的吸入真空度。

同时,密封水随气体被送到气水分离水箱,一部分水分会随着气体排出。

这就要求在真空泵的运行过程中,必须连续地向泵内补入一定量的水,以弥补密封水的损耗和进行冷却的作用。

在SONIT-F200B水环式真空泵装置中,密封水的供给由密封水泵来完成。

　　但是,随着凝汽器真空度要求的提高,单独使用水环式真空泵往往无法达到凝汽器的真空要求,所以要将抽气器和水环式真空泵结合起来。

河津发电厂350MW机组就是采用水环式真空泵吸入口前串联1个射气抽气器,可使机组达到一个较高的水平。

1.5、真空泵工作原理

1-泵轴;2,11-滚动轴承;3-密封装置;4-端盖;5,8-隔板;6-泵壳;7-叶轮;9-密封轴套;10-油封圈;12-推力轴;13-浮动球;14-排气装置;15-叶轮井

图3　SONIT-F200B真空泵结构图

　　如图3所示,在水环式真空泵的圆筒泵壳内,偏心地安装着叶轮,在叶轮中,装有前弯式的叶片。

当泵工作时,泵内充满水,叶轮旋转时,工作水在离心的作用下甩向叶轮的周围,形成沿泵壳旋转的水环。

由于叶轮是偏心的,水环相对于叶片作相对运动,使相邻2个叶片之间的空间容积呈周期性变化,类似往复式活塞一样,工作水先膨胀,使真空泵进口形成真空,将空气吸入泵内,然后再通过压缩提高压力后,和水一同将空气从真空泵的排气口排出。

同时,它还具有如下特点:

　　a启动性能好,当入口压力高时,抽气量会迅速上升。

水环式真空泵的这种特性对汽轮机的快速启动极为有利;

　　b适应性强,当真空系统在运行中漏气量增大时,真空仅会有较小的下降,且抽气过程中,若进水也不会产生危险;

　　c控制简单、操作方便、自动化程度高、安全可靠;

　　d能量损耗小;

　　e汽水工质损失少;

　　f动静部分接触面小、检修维护周期长、工作量小。

2、河津发电厂抽真空系统运行方式和特点

2.1、运行方式

　　河津发电厂每台机组均配有2台真空泵,在45min～55min之内,其容量能保证将凝汽器真空系统抽到-96.4kPa。

从SONIT-F200B真空泵系统图可以看出,当真空泵工作时,泵的吸入口就可通过射气抽气器或旁路阀从凝汽器抽气,然后从泵的排气口将吸入的气体和一部分工作水送到气水分离器。

气体分离后排到大气,而工作水则由密封水泵送入冷却器冷却后回到真空泵内。

由于在循环中要损失一部分工作水,使气水分离器水位下降,影响到泵的正常工作,所以在气水分离器内装有补水阀和溢流阀,以维持水位的稳定。

　　水环式真空泵的工作可分为初始运行和持续运行两个部分。

2.1.1、初始运行

　　机组启动之前,真空泵开始对凝汽器抽气的这段过程称为水环式真空泵的初始运行。

真空泵开始工作时,当吸气阀（CV-01909两侧的压差小于3.34kPa,四通电磁阀励磁,吸气阀被打开,真空泵对系统进行抽气。

在吸入压力达到-88kPa之前,抽气器的旁路阀是开启的,吸入的气体不经过抽气器,而直接由旁路吸入真空泵,利用水环式真空泵耗功小、吸气量大特点,在短时间内把凝汽器内的气体抽出,这样达到了缩短机组启动过程中抽真空的时间。

2.1.2、持续运行

　　当凝汽器真空达到-88kPa时,延时3s真空开关动作,四通电磁阀励磁,使抽气器旁路阀关闭,射气抽气器投入。

此时,由于水环式真空泵吸入口与大气之间存在着很大的压差,这样可以从大气中吸入大量的气体。

经过抽气器的喷嘴形成高速射流,抽气器就是利用这股射流作用,继续从凝汽器中抽气,使系统进一步提高真空度,这就是水环式真空泵的持续运行过程。

　　为了防止高速气流在喷嘴入口处产生结冻,射气抽气器设有加热装置。

当气温低于10℃时,加热器自动投入。

　　真空泵运行要特别注意如下几点。

　　a无密封水时,严禁启动水环式真空泵,且启动前真空泵内应先注入凝结水。

盘动转子,检查有无碰撞现象,并确认电动机转向,当泵启动后,要按时检查泵壳和轴承的温度,若出现不正常现象,应立即停泵检查。

　　b真空泵出现抽吸容量不足,或者不能维持一定真空度时,应首先检查:

密封水流量是否充足;泵的转速和转向是否正确;泵出口排气管有否堵塞;泵进口管道有否堵塞;泵安装是否正确。

2.2、主要特点

　　a设置有旁路阀,启动时是利用真空泵本身及旁路阀将凝汽器内的大量空气抽出排向大气,达到较高真空后（-88kPa以上再转为持续运行。

　　b每台真空泵设有1台密封水泵和密封水冷却器。

350MW机组真空泵冷却器内是通入开式水做为冷却器的冷却水,其工质属于开式水系统;管外是用凝结水作为真空泵的水和工作水。

工作水由密封水泵和冷却器构成闭式系统。

　　c河津发电厂350MW机组的真空泵气水分离器上设有1个测量泄漏的流量计,可在机组运行中不停泵作真空严密性试验。

河津发电厂真空严密性试验采用停泵与不停泵两种方法。

　　d水环式真空泵运行特性在初始运行中,随着真空的提高,泵的流量呈连续下降趋势,说明水环式真空泵工作的局限性。

两个运行阶段其轴功率变化甚微,在运行切换过程中,整个装置的功耗没有多大的上升,说明了该泵具有较高的经济性。

3、水环式真空泵的运行情况

　　a备用真空泵抽气器喉部结冰的问题。

这一问题主要在冬季较为明显。

当真空泵定期切换时,由于其射气器喉部结冰,导致真空有所下降,这一问题已经得到解决,即另外在外部加一个加热器或加热源（真空泵抽气器喉部原来就设有加热器。

　　b启动时,泵体内有时有一定的声音。

解决这一问题的方法是,程序组启动时,先手动将密封水泵启动,预先充水。

估计原因为泵体充水不足所致。

水环式真空泵汽蚀原因分析及改造方案

时间:

2009-08-26　　来源:

浙江大唐乌沙山发电厂运行维护项目部　　编辑:

陈玉堂

1、水环式真空泵汽蚀原因的简要分析

　　乌纱山发电厂汽轮机凝汽器水环真空泵的大小是根据本厂发电机组的设计运行工况选型确定的，当运行在设计范围之内时，真空泵能正常运行，如相关原因，比如：

机组长期满负荷运行；夏季冷却水温度较高或冷却水流量过小导致真空泵换热器冷却效果差，真空泵则会在高真空下运行，相当于接近或处于憋死状态下运行，由于固有的物理现象，在水温一定的条件下，真空越高，水温越高，泵内的水接近沸腾并会产生大量的气泡，气泡的产生与破裂过程会对叶轮造成汽蚀损坏，破坏叶轮的动平衡，引起泵体的强烈振动，振坏真空泵的附属设备（压力真空表、压力开关、入口气动门的反馈装置等），而且会发出非常大的汽蚀噪声，这些状况严重影响了真空泵组的安全运行和汽轮发电机组的安全运行。

2、技术改造方案的依据及详细说明

　　如果要解决真空泵的汽蚀问题，降低水温成本较大，降低真空度也就是让凝汽器背压上升这样更不可能，这将严重影响机组的带负荷能力，理想的办法是在原水温、系统真空不变的情况下能解决汽蚀的产生，目前最佳的选择就是给真空泵加装大气喷射器，整个真空泵组的抽汽性能会更好，因此凝汽器的真空仍可保证目前水平或更高，但真空泵体内部真空度仅在12Kpa（此时系统真空在3－8Kpa范围之内，这样可有效避免汽蚀的产生。

　　大气喷射泵由：

喷嘴、吸气室、和扩压器组成，其排气口与水环泵进气口相连。

如图1所示：

　　大气喷射器原理简介：

先启动水环真空泵，使喷嘴进气口和排气口之间形成压力差，大气可从喷嘴进入泵内，当压力差为大气压力的1/2时，空气介质经喷嘴收缩段得到加速，到喉部时可达到声速，到 扩张段可进一步加速到声速，射向扩散器形成高速射流，并造成吸气室内的压力比被抽容器内压力低，因此被抽气体吸入室内，由于两股气流吸气室内混合，动量交换产生的损失使气流速率逐渐减慢，当进入扩散器喉部则降到声速以下，经扩散器扩张段进一步降低，压力不断升高，最后达到大气喷射器的排气压力，即水环泵的吸气压力，则水环泵把气体吸入再排出泵外，即完成吸气、排气过程。

3、技术改造具体的步骤及详细说明

3.1、机械改造部分

　　从两张图上比较，可知道改装后的进气管路比原来泵组管路加长了700mm左右，增加的零部件在图上已经标出，如果位置不够，可将管路上的闸阀改为竖直装在管路上，这样就有截断700mm的管路的余地。

3.2、泵组控制部分改动（参照图3增加压力开关47a（双触点47a1、47a2）其作用是用来控制进气三通与喷射器三通接管间的气动蝶阀（16b）以及喷射器上的气动蝶阀（19a）的开与关，从而控制喷射器的投入和退出。

具体控制步骤如下：

3.2.1、当一台主泵运行时，压力开关测得压力小于10kpa（具体可设定）时，大气喷射器切换阀[16b]关闭，同时大气喷射器驱动气体阀门[19a]开启，当上述两个阀门动作完成后，大气喷射器处于投入状态。

3.2.2、当一台主泵运行时，压力开关[47a2]测得压力大于14Kpa时（此值可自己设定），大气喷射器驱动气体阀门[19a]关闭，同时大气喷射器切换阀[16b]开启，当上述两个阀门动作完成后，大气喷射器处于退出状态。

3.2.3、原来机组压力开关和压差开关的设定值均不需改变。

4、改造后的优点与改造前、后性能及经济性对比

4.1、改造后的优点：

①最主要保证了真空泵不会发生汽蚀现象，噪声及振动将大幅度减少，真空泵的使用寿命将得到提高，已经改造的3号机A真空泵自2008年8月份加装大气喷射器以来噪声及振动将大幅度减少，从未出现过叶轮断裂、振动过大损坏热控设备的现象。

②由于本机组凝汽器严密性较好，在高真空阶段加装大气喷射器的泵组抽气性能比单泵更好，同时凝汽器真空始终维持在5－6Kpa左右的理想水平，为提高机组的带负荷率创造了良好的条件。

4.2、改造前后的性能、经济性对比①加装大气喷射器前，真空泵内的真空保持在6Kpa左右，加装大气喷射器后，真空泵内的真空保持在12Kpa左右，参照真空泵功率曲线，在12Kpa时，其轴功率为113KW，由于凝汽器真空是不断变化的，所以目前使用的真空泵的抽气真空也是变化的，所以不能很具体说明轴功率提高多少，一般的我们按6Kpa（功率为99KW）与12Kpa（功率为113KW）相比，

也就是说加装大气喷射器后其功率会增加14KW左右。

②加装大气喷射器后，真空泵的抽气性能得到提高，通过我们观察和DCS上位机历史曲线显示，机组的凝汽器真空更稳定，且比原有同比条件下，真空能提高1Kpa左右，且有向更高真空趋势发展