1050MW机组单台100%汽动给水泵机封优化设计.docVIP

1050MW机组单台100%汽动给水泵机封优化设计 　　摘要：某厂新型2×1050MW燃煤发电机组采用单台100%容量汽动给水泵，2号机组在前期调试中出现机械密封水温度偏高现象，并在机组168小时满负荷试运过后投产不久，出现由于机械密封水温度异常升高引起机组非停事件。文章分析了该泵由于刷式机械密封结构存在设计缺陷而造成机械密封水温度偏高的机理，通过结构优化设计解决了机械密封水温度偏高问题。 　　关键词：百万机组；100%容量；汽动给水泵；机械密封；刷式密封；迷宫式密封 文献标识码：A 　　中图分类号：TK284 文章编号：1009-2374（2016）26-0034-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.017 　　某厂新型2×1050MW燃煤发电机组为引进技术设计生产，采用多项国际先进技术，一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压、九级回热抽汽式结构，所配单台100%汽动给水泵更是机组设计布置的一大亮点。而目前百万机组采用单台100%容量汽动给水泵也是主流趋势，可以大幅降低给水系统的控制复杂度及场地使用面积，提升给水效率。但同时采用单台泵也出现了不可避免的可靠性问题，即每台机组给水泵只有一台而无备用时，若出现汽动给水泵跳机必将导致机组跳机的尴尬局面，这就降低了给水系统的可靠性。因而机组单台给水泵布置形式对泵体结构及控制可靠性提出了较高要求，对汽动给水泵机械结构进行深入研究优化并提高给水泵可靠性是机组单台给水泵布置研究领域的重点。而由于百万机组单台给水泵给水各项参数指标要求苛刻，泵体结构设计相对于低参数机组多台给水泵复杂，目前国内暂无厂家能完全独立生产百万机组单台汽动给水泵，因而其结构设计优化也是百万机组单台给水泵研究领域的难点。 　　机械密封是汽动给水泵的关键构件之一，其作用是密封泵体动静间隙减小，阻止泵体内部输送的介质外泄。而机械密封的关键构件便是运行中一直摩擦的动静环，由于动环与静环之间存在一定厚度的液体膜，防止了动静环之间发生干磨。但是一旦由于某种原因导致动静环之间磨损增大，则机械密封水温度会迅速升高，同时磨损也会导致动静环间隙增加而进一步引起泵体输送高温介质发生泄漏，机械密封水温度进一步增加。机械密封的工作情况会直接反映到机械密封水温度这一指标上，其能够有效监视机械密封的动静环磨损及给水泄漏情况，是给水泵运行时的跳机保护值。 　　2号机组在前期调试期间存在机械密封水温度偏高问题，但受备件运行所限只采取临时措施对机械密封水冷却器降温，而在168小时满负荷试运结束一个月后汽动给水泵由于非驱动端机械密封水温度超停机值跳机，并进一步导致机组在900MW负荷时跳机，对电网造成巨大冲击。经现场检查发现机械密封水回水滤网被黑色棉絮状物质堵塞，直接造成密封水断流并无法冷却，进一步对棉絮状物质化验表明其为凯夫拉材质，与机械密封动静环刷式密封刷材质相同，由此推测机械密封刷式结构磨损并导致材料脱落堵塞滤网，造成机械密封水温度升高并跳机。对比检查1号机对应滤网，同样发现少许黑色棉絮状物质，经化验也为凯夫拉材料，由此可进一步推测密封刷磨损并不是装配间隙及尺寸偏差造成的，而是刷式密封结构的设计存在缺陷，因此对刷式密封结构进行优化设计改造刻不容缓。 　　结合上述情况，本文详细讨论了机械密封水温度超限导致汽动给水泵跳机的过程及原因，并设计采用迷宫式密封结构替代刷式密封结构，论证了两种结构在百万机组单台给水泵中应用的优劣性，为迷宫式密封结构的进一步应用提供数据支撑。 　　1 给水泵及机械密封结构介绍 　　本型汽动给水泵为某英国知名汽泵制造商生产，泵轴转速随给水流量及负荷变化，最高转速为4812r/min，泵体给水入口额定压力为3.0MPa，出口额定压力为33.5MPa，给水温度范围为185.2℃～187.7℃，高参数大容量是本型给水泵的主要特点。 　　汽动给水泵外部壳体采用整体筒体式结构设计，泵芯包为水平、五级离心叶轮式布置，并且设计成可以整体从泵外筒体内抽出的结构，芯包内包括泵体主要部件。泵体轴系通过同轴布置的小汽轮机驱动，与其连接方式为叠片半挠性联轴器连接，联轴器与轴系通过液压过盈配合连接，无销键等额外连接结构。泵壳与泵轴的密封形式为机械密封，其中共有两道动静环密封结构，正常运行中没有密封水泄漏。轴承配置包括非驱动端的复合双止推轴承及轴颈轴承，驱动端的轴颈轴承，每个轴承从同小汽轮机共用的润滑油系统得到冷却和润滑，结构示意如图1所示： 　　给水泵驱动端和非驱动端各一套机械密封，结构尺寸均相同，具体结构见图2。该机械密封为整装式结构，依靠动环与静环间微薄的水膜密封介质的外漏。动环碳纤维结构，同时在动环靠泵体侧采用浮动式设计一唇口，唇口加装凯夫拉材质封严刷防磨损，静环为碳化硅。动静