超臨界機(jī)組給水泵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀如何

超臨界機(jī)組給水泵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀如何？超臨界火電機(jī)組的基本概念及其對(duì)給水泵的要求；國(guó)外超臨界機(jī)組給水泵的發(fā)展現(xiàn)狀、典型結(jié)構(gòu)、零部件、密封及熱力系統(tǒng)的配置等介紹如下。.超臨界火電機(jī)組的基本概念及其對(duì)給水泵的要求在工程熱力學(xué)中，規(guī)定水在臨界狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)是：壓力為22.115MPa,溫度為374.15℃。在水的狀態(tài)參數(shù)達(dá)到該臨界點(diǎn)時(shí)，水的完全汽化會(huì)在一瞬間完成，即在臨界點(diǎn)時(shí)，在飽和水和飽和蒸汽之間不再有汽、水共存的二相區(qū)存在，兩者的參數(shù)不再有分別。當(dāng)機(jī)組的水蒸氣參數(shù)高于這個(gè)臨界狀態(tài)參數(shù)時(shí)，通常稱其為超臨界參數(shù)機(jī)組。如果繼續(xù)進(jìn)一步提高已過(guò)臨界狀態(tài)水蒸氣參數(shù)值，則進(jìn)入了所謂的超臨界的參數(shù)范圍。在我國(guó)通常把蒸汽壓力高于27MPa稱為超超臨界。對(duì)火力發(fā)電廠蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)的理論分析認(rèn)為，提高循環(huán)的蒸汽初參數(shù)和降低循環(huán)的終參數(shù)都可以提高循環(huán)的熱效率。實(shí)際上，蒸汽動(dòng)力裝置的發(fā)展和進(jìn)步都一直是沿著提高參數(shù)的途徑前進(jìn)的。當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)組的水蒸氣壓力最高已達(dá)到了31MPa,水蒸氣溫度最高已達(dá)610℃。理論計(jì)算和實(shí)際運(yùn)行表明，與同等容量的亞臨界機(jī)組相比較，采用超臨界參數(shù)可以提高熱效率2%一2.5qo,采用超超臨界參數(shù)機(jī)組可以提高熱效率4%?5%。目前，世界上先進(jìn)的超臨界機(jī)組效率已達(dá)到47%-49%。實(shí)踐表明，大容量超臨界機(jī)組具有良好的運(yùn)行靈活性和負(fù)荷適應(yīng)性，而且大大降低了C02、粉塵和有害氣體的排放，具有顯著的環(huán)保、潔凈的特點(diǎn)。由于超臨界機(jī)組參數(shù)的提高，主機(jī)設(shè)備的鍋爐結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如增加再熱器和過(guò)熱器等。作為超臨界機(jī)組的主要輔機(jī)一;一;高壓鍋爐給水泵的參數(shù)也要隨之變化。給水泵的出口壓力是由系統(tǒng)的參數(shù)和阻力決定的。一般與同容量亞臨界機(jī)組比，給水泵的揚(yáng)程要比亞臨界機(jī)組高600-800m，給水泵出口壓力要在29MPa以上。對(duì)于超超臨界機(jī)組，給水泵出口壓力要在34MPa以上。由于超臨界機(jī)組參數(shù)的提高，機(jī)組單機(jī)容量也在不斷擴(kuò)大，世界上超臨界機(jī)組的容量都在450MW以上，最大已發(fā)展到1300MW。在我國(guó)超臨界機(jī)組起步容量定在600MW，超超臨界在900-1000MW。主給水泵的容量均為50%，啟動(dòng)備用給水泵的容量均在300-/0-40%。少數(shù)電廠已提出100%容量給水泵的論證要求。給水泵普遍需有中間抽水（即中間抽頭）的結(jié)構(gòu)，而且已有增壓噴水的結(jié)構(gòu)（即增壓級(jí)）要求。電動(dòng)給水泵的電動(dòng)機(jī)參數(shù)已達(dá)乃00-9800kW。.超臨界機(jī)組給水泵的國(guó)內(nèi)、外發(fā)展現(xiàn)狀從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，超臨界機(jī)組技術(shù)已經(jīng)在美國(guó)、日本、德國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)家得到不斷的發(fā)展。美國(guó)是世界上最早開(kāi)發(fā)研制超臨界、超超臨界機(jī)組的國(guó)家。1957年世界上第一臺(tái)(125MW)超臨界機(jī)組開(kāi)始試運(yùn)行，1972年世界上單機(jī)容量最大的1300MW超臨界機(jī)組投入運(yùn)行。目前已投入運(yùn)行9臺(tái)，最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間已超過(guò)30年。日本、俄羅斯的超臨界機(jī)組占火電機(jī)組容量的50%以上。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前全世界已經(jīng)投入運(yùn)行的超臨界及以上參數(shù)的火力發(fā)電機(jī)組，大約有600多臺(tái)，屬于超超臨界參數(shù)的機(jī)組大約有60余臺(tái)。近10年多來(lái)，我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了約20臺(tái)超臨界機(jī)組。這些機(jī)組具有先進(jìn)的技術(shù)性能，為我國(guó)發(fā)展超臨界技術(shù)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)從1995年開(kāi)始，已把發(fā)展超臨界技術(shù)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，列入國(guó)家發(fā)展計(jì)劃。由于煤炭在我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位，所以采用先進(jìn)的超臨界火電技術(shù)，提高機(jī)組熱效率、節(jié)能降耗、降低污染排放，已勢(shì)在必行。.超臨界機(jī)組給水泵的結(jié)構(gòu)分析由于超臨界機(jī)組的單機(jī)容量較大和機(jī)組參數(shù)的提高，所以對(duì)高壓給水泵的要求就進(jìn)一步提高，即要求給水泵安全可靠、效率高、可控性好、檢修時(shí)間短。目前世界上超臨界機(jī)組用高壓給水泵均為雙殼體筒形、多級(jí)離心泵，而不采用或很少采用單殼體多級(jí)離心泵。筒形給水泵的外殼體可永久性焊在給水管路上，內(nèi)泵（即泵芯）為可抽式。該給水泵適用于高壓和超高壓，適用于熱沖擊，適用于機(jī)組負(fù)荷的變化。泵簡(jiǎn)體為水平中心支撐，設(shè)有剛性強(qiáng)的單獨(dú)底座或共同底座。給水泵的高壓端密封一般采用金屬纏繞墊密封。大螺栓的拆裝一般采用規(guī)定的力矩扳手或電加熱裝置，方便可靠。葉輪與泵軸為過(guò)盈配合，以鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩，軸為剛性軸。雙殼高壓給水泵的內(nèi)泵，目前國(guó)際上有兩種結(jié)構(gòu)型式：一種是內(nèi)泵為蝸殼軸向剖分中開(kāi)式結(jié)構(gòu)制造技術(shù)（圖1-11）；另一種是內(nèi)泵徑向剖分多級(jí)節(jié)段式結(jié)構(gòu)，內(nèi)泵為渦殼式軸向剖分高壓給水泵。多年運(yùn)行證明，該泵特別適用于高壓或超高壓鍋爐給水，并能在可變負(fù)荷下安全可靠運(yùn)行；允許頻繁起動(dòng)和冷態(tài)起動(dòng)，能承受熱沖擊，且間隙磨損很小。主要由外筒體、泵蓋、內(nèi)蝸殼、轉(zhuǎn)子、軸承五大部件組成。內(nèi)泵（泵芯）為蝸殼式軸向剖分給水泵與徑向剖分節(jié)段式給水泵比較，主要優(yōu)點(diǎn)如下：1）蝸殼式水泵在一個(gè)較寬的流量范圍內(nèi)具有高效率，并且性能曲線平坦（見(jiàn)圖1-12）。這對(duì)于大功率且流量經(jīng)常調(diào)節(jié)，而要求出口壓力變化比較小的高壓給水泵是一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)。2）蝸殼式水泵允許有較大的分水角間隙，而不影響泵的水力性能。從水力學(xué)角度看，減小了泵在非設(shè)計(jì)流量時(shí)的不穩(wěn)定性，其產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)級(jí)也低。3）蝸殼內(nèi)喉部隔舌可減小高速液體的沖蝕，并減輕磨蝕損壞后的影響。4）試驗(yàn)表明，蝸殼式水泵對(duì)蝸室內(nèi)葉輪位置的軸向偏移并不特別敏感。這與多級(jí)導(dǎo)葉式擴(kuò)散的多級(jí)泵比，也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。5）泵芯是由上、下兩個(gè)完全相同的鑄造的半蝸殼組成，只需要用輕載荷螺栓把緊，所以很容易拆卸和組裝。與節(jié)段式多級(jí)泵相比，裝配檢修時(shí)間較短。6）雙蝸殼對(duì)稱設(shè)計(jì)提供了可將轉(zhuǎn)動(dòng)部件（轉(zhuǎn)子）的撓曲偏差，加到下部蝸殼上的可能性，因?yàn)楸幂S是在撓曲狀態(tài)下運(yùn)行的。這樣就可保證所有的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙保持必要的同心性，提高了高速泵運(yùn)行的可靠性。7）所有的轉(zhuǎn)動(dòng)部件整體組裝高速動(dòng)平衡后，不需拆卸轉(zhuǎn)子零件，直接放人下蝸殼內(nèi)，然后即可裝配上蝸殼，保證精度，省時(shí)可靠。8）在緊急情況下，轉(zhuǎn)子部件可以迅速?gòu)奈仛?nèi)吊出并裝上備用轉(zhuǎn)子，且徑向、軸向間隙易于測(cè)量，維修容易且時(shí)間短。9）圖1-13示出葉輪布置方式。蝸殼式內(nèi)泵轉(zhuǎn)子上的葉輪是采用背靠背相對(duì)放置的，其結(jié)果使泵在運(yùn)行中產(chǎn)生的水推力（即軸向力）得以自相平衡，并且首級(jí)葉輪采用雙吸葉輪，而不需要采用一個(gè)小間隙、高壓降的易于產(chǎn)生事故的平衡裝置（如平衡盤或平衡鼓）。考慮殘余軸向力的存在和轉(zhuǎn)子的軸向定位，而設(shè)置了承載能力相對(duì)低的推力軸承，這樣使給水泵有較高的安全系數(shù)。10）因?yàn)檩S向推力通過(guò)相對(duì)布置的葉輪組達(dá)到了平衡，泵的最大壓力通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)間隙集中在轉(zhuǎn)子中心部位和吐出側(cè)壁，這些壓力約為總壓頭的50%；而轉(zhuǎn)動(dòng)間隙是均勻的，每單位長(zhǎng)度的壓降相等。因此在正常磨損時(shí)，小的區(qū)域內(nèi)不會(huì)有大的壓降，即所有間隙中磨損機(jī)會(huì)均等，故保證了泵的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。11）由于蝸殼式內(nèi)泵是由上、下完全對(duì)稱的兩個(gè)半蝸殼組成（圖1-14），蝸形進(jìn)而滿足了超臨界、超超臨界火電機(jī)組對(duì)超高壓給水泵（一般出口壓力在29-40MPa）的需要。13）抑制蝸殼式內(nèi)泵壓力脈動(dòng)的設(shè)計(jì)。在多級(jí)泵水力設(shè)計(jì)中，旋轉(zhuǎn)葉輪的葉片和靜止壓力擴(kuò)散器（如節(jié)段式泵的導(dǎo)葉和蝸殼泵的隔舌）之間的間隙，一定要加以選擇，使泵的壓力脈動(dòng)幅度為最小。試驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)行表明，足夠的葉輪出口與擴(kuò)散器的間隙，是為了確保防止較大的壓力脈動(dòng)而導(dǎo)致泵的振動(dòng)或材料的疲勞損壞。壓力脈動(dòng)量是泵的壓頭和分水角間隙的一個(gè)函數(shù)。對(duì)于一個(gè)高揚(yáng)程、高轉(zhuǎn)速的泵，需要一個(gè)較大的分水角間隙，蝸殼式多級(jí)泵與節(jié)段式多級(jí)泵相比，更易于實(shí)現(xiàn)。美國(guó)FPD公司生產(chǎn)的HDB型高壓鍋爐給水泵具有如下設(shè)計(jì)特點(diǎn)：①葉片數(shù)全部采用奇數(shù)，葉輪采用精密鑄造。②葉輪葉片端部在吸入口和吐出口準(zhǔn)確布置（即精確的節(jié)距）。③葉輪吐出口面積的精確控制。④葉片端部在葉輪邊緣處的精確過(guò)渡（即對(duì)葉片要進(jìn)行修正）。⑤葉輪在泵軸上交錯(cuò)安裝。⑥上、下蝸殼之間成180deg;精確定位，并在泵軸向水平中心兩邊對(duì)稱。⑦雙渦室的過(guò)水?dāng)嗝娣e精確對(duì)稱。⑧根據(jù)壓力脈動(dòng)等級(jí)，正確控制分水角間隙。⑨轉(zhuǎn)子部件的合理安裝，使葉輪在蝸殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)具有同心性。⑩葉輪前后密封環(huán)整體鑄造。14）平衡機(jī)構(gòu)。多級(jí)離心泵在運(yùn)行中產(chǎn)生的軸向推力，必須加以平衡，才能保證轉(zhuǎn)子的軸向定位并穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于并列布置葉輪的轉(zhuǎn)子，需要設(shè)計(jì)平衡裝置，一般采用平衡盤或平衡鼓結(jié)構(gòu)。德國(guó)KSB公司生產(chǎn)的CHT系列給水泵，采用的是雙平衡鼓+推力軸承；瑞士SULZER（蘇爾壽）公司的HPT系列給水泵，采用的是平衡鼓+推力軸承。雖然平衡鼓機(jī)構(gòu)與平衡盤結(jié)構(gòu)比，有平衡靈敏等優(yōu)點(diǎn)，但仍存在密封間隙小，水力效率低、易于產(chǎn)生故障的缺點(diǎn)。美國(guó)FPD公司的HDB型給水泵，轉(zhuǎn)子上的葉輪是相對(duì)布置的，同時(shí)首級(jí)采用雙吸葉輪，泵運(yùn)行中產(chǎn)生的軸向力得以自動(dòng)平衡，而不需要設(shè)置易于產(chǎn)生故障的平衡裝置。在非驅(qū)動(dòng)端設(shè)計(jì)一個(gè)承載能力較低的推力軸承，這種結(jié)構(gòu)的高壓給水泵，在高溫、高壓（或超高壓）及頻繁起停的情況下，是平穩(wěn)可靠的。特別是對(duì)超臨界和超超臨界大容量的給水泵，其優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。.密封與零部件⑴旋轉(zhuǎn)軸密封目前國(guó)內(nèi)外高壓給水泵的軸封基本有三種形式：機(jī)械密封、水力節(jié)流軸封（或稱迷宮密封）及浮動(dòng)環(huán)密封。經(jīng)驗(yàn)表現(xiàn)，對(duì)于高參數(shù)、大容量的高壓給水泵，水力節(jié)流軸封顯得安全可靠，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于控制。對(duì)超臨界機(jī)組配置的給水泵，主給水泵（多為氣動(dòng)泵）采用水力節(jié)流軸封；起動(dòng)備用給水泵，即電動(dòng)泵軸封采用盒式快裝機(jī)械密封較為適宜。因?yàn)殡妱?dòng)泵處于備用停機(jī)狀態(tài)時(shí)間長(zhǎng)，如采用水力節(jié)流軸封，在沒(méi)設(shè)停車密封的情況下，水流失較大（雖然能回收），故采用機(jī)械密封較為合理。水力節(jié)流軸封是一種非接觸的軸封，有很長(zhǎng)的工作壽命，最長(zhǎng)運(yùn)行周期超過(guò)10年以上。工作原理就是將凝結(jié)水泵出口的少量凝結(jié)水（一般在30-500。引入軸封處，其壓力高于給水泵吸入水壓力0.15MPa。經(jīng)過(guò)節(jié)流襯套和軸之間密封間隙節(jié)流（通常軸和節(jié)流襯套上設(shè)有凹形密封槽或反向螺旋槽），進(jìn)行冷卻并保持泵內(nèi)壓力，部分從泵端流出，部分與泵內(nèi)高溫水混合進(jìn)入泵內(nèi)。凹槽的設(shè)計(jì)一是增加節(jié)流效果，二是減少節(jié)流間隙之間非接觸面積，同時(shí)能使液體中部分固體顆粒進(jìn)入凹槽，減少卡塞的機(jī)會(huì)，增加運(yùn)行的安全性，典型的水力節(jié)流軸封系統(tǒng)如圖1-15所示。⑵靜密封雙殼體高壓和超高壓給水泵的靜密封也是重要的結(jié)一構(gòu)設(shè)計(jì)。靜密封分為兩部分：1）內(nèi)泵與外簡(jiǎn)體之間的密封。包括前端蓋和后端蓋與簡(jiǎn)體的密封、內(nèi)泵（即泵芯）與吸入腔的密封，以及抽頭壓力腔與筒體的密封，目前國(guó)內(nèi)外均采用不銹鋼金屬纏繞墊片（中間夾石墨）實(shí)現(xiàn)密封。每拆裝一次，一般都要重新更換墊片。2）內(nèi)泵（泵芯）本身的級(jí)間密封。對(duì)節(jié)段式泵是中段與中段之間，對(duì)于軸向剖分泵是上、下蝸殼之間，一般都是金屬面對(duì)金屬面密封而無(wú)需墊片，中段與中段之間或上、下蝸殼間用輕載10螺栓把合，保證初始密封，泵起動(dòng)后靠吐出壓力水形成的水壓實(shí)現(xiàn)密封。⑶軸承用于高壓或超高壓給水泵的軸承，分為徑向軸承和推力軸承。軸承均為強(qiáng)制壓力油潤(rùn)滑。1）徑向軸承。一般采用四油楔形式，也有采用三油楔、雙油楔形式。國(guó)外也有采用可傾瓦徑向軸承，其作用是增大阻尼，降低低頻激振。目前在美國(guó)和歐洲一些國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始試驗(yàn)，在大型多級(jí)給水泵上采用電磁軸承，F(xiàn)PD公司、KSB公司已取得了一定的應(yīng)用成果。在高轉(zhuǎn)速（如大于lOOOOr/min）使用中，其優(yōu)點(diǎn)如下：①大大減小泵的軸向尺寸，減小泵體尺寸，增加軸的剛度，提高可靠性。②使輔助系統(tǒng)（如潤(rùn)滑油、密封系統(tǒng)）更為簡(jiǎn)單。③降低整體造價(jià)，減少安裝費(fèi)用。④提高泵效率，約為2%?5%。2）輕載荷推力軸承。這是為了承受高壓給水泵轉(zhuǎn)子上少量未被平衡的殘余軸向推力。一般均設(shè)計(jì)成雙面作用的，即工作面平衡殘余軸向力，非工作面承受瞬間軸向力，并使轉(zhuǎn)子軸向定11位。推力軸承采用雙作用可傾瓦式。一般按承載最大軸向力的25%設(shè)計(jì)，即便泵在起動(dòng)瞬間，聯(lián)軸器還會(huì)傳遞少量軸向力，推力軸承均可適應(yīng)軸向力的大小和方向的變化，保證泵的穩(wěn)定運(yùn)行。⑷大螺栓的拆裝雙殼體筒型高壓給水泵的大螺栓，是保證內(nèi)泵與外部密封的最重要的部件，特別對(duì)超臨界、超超臨界的超高壓給水泵更顯得重要。大螺栓的拆裝一般是費(fèi)力而且要求較為精確的工作。目前國(guó)內(nèi)外一般采用兩種方式：一種是采用液壓扭力扳手，按設(shè)計(jì)給定的力或力矩，按要求順序進(jìn)行緊固即可；另一種是采用帶中心孑L大螺栓用加熱棒加熱大螺栓，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的伸長(zhǎng)量，然后進(jìn)行緊固即可。目前在美國(guó)也有采用轉(zhuǎn)矩螺母，用定力矩扳手進(jìn)行緊固。大螺栓緊固曲線如圖1-16所示。.給水泵組的熱系統(tǒng)及容量⑴最小流量系統(tǒng)高壓給水水泵起動(dòng)后（或運(yùn)行中），出口閥門未開(kāi)啟（或關(guān)閉）時(shí)，由于原動(dòng)機(jī)做的功大部分轉(zhuǎn)換成熱能，泵人口處給水溫度就要升高。如果溫度超過(guò)除氧水箱中水12的飽和蒸汽壓下允許的溫度，就要產(chǎn)生汽化。為避免此現(xiàn)象的發(fā)生而損壞給水泵，在給水泵出口閥前引出一部分流量的給水，借以帶走由原動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量，使給水泵在小流量運(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽化。引出的這一部分流量即所謂的給水泵最小流量（或稱再循環(huán)流量）。包括最小流量閥在內(nèi)的再循環(huán)系統(tǒng)稱為最小流量系統(tǒng)。最小流量的范圍是通過(guò)計(jì)算并結(jié)合試驗(yàn)來(lái)確定的。國(guó)內(nèi)外資料表明，與水力、NPSHr、轉(zhuǎn)速、給水溫度、運(yùn)行間隙及結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)有關(guān)。一般最小流量值為泵設(shè)計(jì)點(diǎn)流量的20%?30%。超臨界機(jī)組（600MW以上）用給水泵最小流量閥，均采用連續(xù)調(diào)節(jié)式的而不采用兩點(diǎn)開(kāi)關(guān)式。這樣可避免在最小流量運(yùn)行時(shí)，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的波動(dòng)。實(shí)踐證明，最小流量閥參數(shù)的確定和系統(tǒng)布置，關(guān)系到泵組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。（2）暖泵系統(tǒng)從理論和設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，正確的操作規(guī)程是高壓鍋爐給水泵在起動(dòng)前應(yīng)進(jìn)行暖泵，特別是對(duì)于起動(dòng)前應(yīng)進(jìn)行低速盤車的氣動(dòng)給水泵組，暖泵顯得尤為重要，這樣才能避免因?yàn)楦邷厮M(jìn)入冷態(tài)的泵體內(nèi)