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摘要：通过对汽动给水泵前泵结构进行研究，对低流量串轴、能耗大原因进行分析，找出引起引起水泵稳定性和经济性差的主要原因，提出解决的方法和措施，并予以实施。
关键词：稳定性；效率；汽蚀余量；轴承温度
一、概述
大唐国际宁德发电有限责任公司二单元超临界600MW机组汽动给水泵系统配置4台上海KSB泵有限公司生产的50%容量电动前置泵。其主要设备设计参数如下：型号为SQ300-670，设计流量Q=1177m3/h，设计扬程H=147m，转速n=1490r/min，设计效率η=83.5%，配用上海电机厂生产的630KW电动机。自06年6月机组投产后，4台汽前泵一直存在着低流量时转子串轴，多次造成机械密封、非驱动端推力轴承损坏和机械密封冷却腔密封垫泄漏，正常运行时非驱动端轴承温度经常高达65—70℃，经了解该产品在其它电厂使用状况与我公司相似，都存在着同样的问题。出于安全、经济各方面考虑，我公司与科研单位合作共同对其进行治理、改造。
首先进行了改前性能诊断测试，测试结果见表1、图2。通过性能诊断测试和运行状况分析，该泵存在问题如下：
（1）运行稳定性差，低流量运行中振动较大且存在明显串轴，噪音大，推力轴承温度高、损坏快以及机械密封频繁损坏等；
（2）冷却腔与泵体密封垫易泄漏，维修困难；
（3）泵效率低，耗电大，最高运行效率只有77.67%，较设计值低得太多，密封间隙大。
2 汽前泵稳定性与经济性差的原因分析
2.1稳定性差
由于汽前泵采用的双吸叶轮其设计比转数低只有51.7，扬程较高达147m。通过改前性能测试，双泵最高负荷时汽前泵出口压力为2.43Mpa，除氧器压力为1.017 Mpa，此时相应于主泵的可用汽蚀余量NPSHa为149.16m，为主泵的必需汽蚀余量NPSHr45m的3.31倍。根据国内、外标准，推荐选用NPSHa=（2～2.4）NPSHr。由于可用汽蚀余量过大，必然造成前置泵叶轮直径大，重量重，而该机组又经常处于低负荷下运行，使泵经常在额定流量的50%左右低流量、高扬程下运行。低流量运行时，泵内流动要发生旋转失速、流动颤抖和压力脉动，轴向力明显波动增大，无法平衡，造成转子抖动串轴，加上泵壳为单蜗式，低流量时产生较大的径向力，使转子绕度大大增加，引起密封环快速磨损和轴的疲劳损坏。此外叶轮流道制造工艺欠佳，两侧盖板对称性差，加剧破坏了转子的稳定性，从而造成了轴承温度高，转子抖动串轴，逐步发展到叶轮锁母退扣松动等问题。
原制造装配工艺欠妥：叶轮与轴的配合采用滑装，其间隙较大均在0.1及以上，而叶轮直径大，重量大，转子在波动增大的轴向力和径向力的冲击下，叶轮锁母虽有锁紧垫圈，运行不久就松动退扣现象，对水泵的安全运行带来很大威胁。
冷却腔与泵体密封垫频繁泄漏原因主要是设计不合理所致，最窄密封面只有3-5宽，且壳体密封面不是一个完整平面，由于水泵低流量转子串轴抖动对冷却腔的冲击和热变形等原因，造成原低压石棉垫极易发生泄漏，而且由于结构原因处理时需要隔离系统后，拆卸非驱动端轴承和机械密封，工作量很大。非驱动端轴承每次拆卸，均需要更换，造成较大浪费。
2、经济性差
除汽前泵效率低以外，过大的可用汽蚀余量是汽前泵经济性差的根本原因。汽前泵的作用就是保证汽动主泵不汽蚀，按可用汽蚀余量NPSHa=（2.0～2.4）NPSHr的要求选择配置前置泵设计扬程，汽动主给水泵是安全可靠的，而且是经济的。
经优化计算前置泵的扬程可减少35-40%（约50m），即改后泵的扬程为90m左右，再加上可用的倒灌高度10.6m，可用汽蚀余量NPSHa=100.6m左右，为汽动主泵的必需汽蚀余量45 m的2.24倍，完全可满足汽动主泵的汽蚀余量要求，这样不但提高了前置泵的安全稳定性，而且经济性明显提高，按此推算电功率可下降35-40%左右，即每小时前置泵的电功率可下降150kW以上，当然由于前置泵的扬程降低，汽动主泵必然转速略有升高，来弥补锅炉上水所需扬程，使得小汽机的进汽量略有增加，从经济上来算，减去多耗汽的煤耗成本，实际每小时至少可节电100kwh以上，可见效益可观。
由于汽前泵改小后扬程下降，主泵是否有富裕量来弥补，为此我们统计了改造前机组最高负荷时主泵小汽机的对应最高转速只有5380r/min（诊断试验时为5319 r/min）。由于泵的出力与转速3次方成正比。驱动主泵的小汽机设计最高转速为5800r/min，为机组最高负荷的转速5380r/min的1.078倍，按3次方关系，即汽动主泵还有25.3%的裕量，而汽前泵削减50m 扬程只需占用主泵总扬程3350m的1.5%，即改后汽动主泵仍有23.8%的裕量。所以汽前泵改小，扬程下降50m 后，给水泵组在最高负荷时，仍有23.8%的裕量，可见是安全可靠的。
3 改造方案
改造的思路主要是削减扬程，提高水泵低负荷稳定性；在保证负荷最大时轴承温度不超标的情况下，合理调整轴承游隙。具体实施方案内容如下：
1.采用车削办法，削减扬程50m，减少低流量时轴向力与径向力波动和增大的问题，提高转子的刚度和流动稳定性。
2.进行泵的通流部分改造，对原叶轮和蜗壳局部关键型线进行优化改进，提高泵的效率与汽蚀性能。
3.将叶轮与轴的滑动配合改为过渡配合，增强转子的稳定性。
4.对冷却腔加装2道耐热胶圈的密封改进，解决泄漏问题。
5.调整推力轴承游隙，控制在0.10—0.15之间，并将轴承外圈压死。
6.高标准严要求进行检修组装。
4 改造过程控制
水泵解体后，采用专利技术对原叶轮局部关键叶形进行改进，提高配套性、稳定性和水泵效率。冷却腔采用加工特殊圈槽安装φ5.7和φ3.5两道O形耐热胶圈，改进密封方式，提高密封效果。对蜗壳隔舌打磨呈鱼头形，对所有部件进行了仔细清洗，更换了叶轮密封环、支持轴承。叶轮与泵轴改为过渡配合，安装时采用热装，并保证叶轮处于正中位置，清理冷却腔与泵体结合面，消除毛刺、划痕，连接螺栓紧固均匀。中分面密封垫与冷却腔配合部分，采用留余量，涂密封胶紧固中分面螺栓后用刀割加工成型，并修理光滑，保证无短缺且配合严密。机械密封安装后用卡块锁死，并认真调整安装轴承，严格控制推力轴承游隙为0.10～0.15，同时保证轴承外圈与轴承盖压死无间隙。 5 改造后效果
改造后汽前泵运行安全稳定，轴承无异音，改造后电流为40.1A，下降了18.51A。机组各种负荷时水泵均无串轴。非驱动端轴承温度由比改前降低了8℃。为了准确测定改造后节电效果，特进行了性能测试，测试结果见表2，图2：
表2 SQ300-670型前置泵改后性能测试数据汇总表
1、从改造至今，汽前泵运行平稳，振动小，未发生任何问题，轴承温度，轴承噪音都比改前有很大的改善，从根本上解决了低流量工况下转子抖动，串轴以及冷却腔泄漏问题，大大提高汽前泵的安全稳定性。
2、虽然叶轮外径平均车削了18.3%，但泵经过通流部分改造，对原叶轮和蜗壳关键局部型线，采用特殊加工方法进行优化改进，采用高效鱼头形叶型，不但弥补了叶轮车小后效率下降，反而使泵的效率提高了5～7.5%，最高运行效率达83.09%，居国内先进水平，而且改后Q-H曲线更加平直，有利于稳定性和流量调节。
3、改后泵扬程下降了46～49mm，但设计工况下泵扬程还有91m，加上汽前泵入口有效倒灌高度10.6m，可用汽蚀余量NPSHa仍有101.6m，为主泵必须汽蚀余量NPSHr=45m的2.25倍，由此可见，汽前泵的扬程完全可满足汽动主泵的汽蚀性能要求，且安全可靠。
4、在运行工况内，汽前泵电流下降了17～18.5A，电功率下降了160～200KW，按一台汽前泵平均每小时可节电160Kwh，年利用小时5500小时计算，则年节电：160×5500=88万（Kwh），按平均上网电价0.40元/Kwh计算，2台汽前泵改造后节能效益每年为70万元。
因汽前泵扬程下降后小机耗汽量稍有增加，通过各负荷下小汽机耗汽量比较，改造后小机耗汽量（两台小机总和）较改造前按平均增加0.3t计算，按热耗率2.79计算，折合一台机组发电煤耗增加0.05g/Kwh，机组全年发电量34亿Kwh计算，因小机汽耗量增大增加标煤消耗量170t，按标煤单价600元计算，增加成本10万元。
综合比较，宁德发电公司四号机汽前泵改造后一年可实现直接经济效益约60万元。另外由于汽前泵机械密封泄漏、端面泄漏问题的根治，汽泵组停运次数大幅减少，同时带来了可观的间接效益。
6 结论
宁德发电公司通过汽前泵改造治理，不仅达到了节能的效果，更重要的是使该泵的可靠性大大提高。改造后未发生任何问题，从振动、轴承温度、轴承声音都较改造前有了很大改善，消除了水泵串轴，同时解决了机械密封损坏、冷却腔泄漏等老大难问题，使汽前泵从安全、经济、可靠性各方面都得到了很大提高。目前大机组汽前泵运行中普遍存在此类问题，宁德发电公司汽前泵改造经验对同类机组具有很好的推广价值。
参考文献
[1]邹节廉 提高给水泵效率的途径中国电力 1982（9）
[2]上海KSB泵有限公司SQ300-670型水泵说明书
关键词：稳定性；效率；汽蚀余量；轴承温度
一、概述
大唐国际宁德发电有限责任公司二单元超临界600MW机组汽动给水泵系统配置4台上海KSB泵有限公司生产的50%容量电动前置泵。其主要设备设计参数如下：型号为SQ300-670，设计流量Q=1177m3/h，设计扬程H=147m，转速n=1490r/min，设计效率η=83.5%，配用上海电机厂生产的630KW电动机。自06年6月机组投产后，4台汽前泵一直存在着低流量时转子串轴，多次造成机械密封、非驱动端推力轴承损坏和机械密封冷却腔密封垫泄漏，正常运行时非驱动端轴承温度经常高达65—70℃，经了解该产品在其它电厂使用状况与我公司相似，都存在着同样的问题。出于安全、经济各方面考虑，我公司与科研单位合作共同对其进行治理、改造。
首先进行了改前性能诊断测试，测试结果见表1、图2。通过性能诊断测试和运行状况分析，该泵存在问题如下：
（1）运行稳定性差，低流量运行中振动较大且存在明显串轴，噪音大，推力轴承温度高、损坏快以及机械密封频繁损坏等；
（2）冷却腔与泵体密封垫易泄漏，维修困难；
（3）泵效率低，耗电大，最高运行效率只有77.67%，较设计值低得太多，密封间隙大。
2 汽前泵稳定性与经济性差的原因分析
2.1稳定性差
由于汽前泵采用的双吸叶轮其设计比转数低只有51.7，扬程较高达147m。通过改前性能测试，双泵最高负荷时汽前泵出口压力为2.43Mpa，除氧器压力为1.017 Mpa，此时相应于主泵的可用汽蚀余量NPSHa为149.16m，为主泵的必需汽蚀余量NPSHr45m的3.31倍。根据国内、外标准，推荐选用NPSHa=（2～2.4）NPSHr。由于可用汽蚀余量过大，必然造成前置泵叶轮直径大，重量重，而该机组又经常处于低负荷下运行，使泵经常在额定流量的50%左右低流量、高扬程下运行。低流量运行时，泵内流动要发生旋转失速、流动颤抖和压力脉动，轴向力明显波动增大，无法平衡，造成转子抖动串轴，加上泵壳为单蜗式，低流量时产生较大的径向力，使转子绕度大大增加，引起密封环快速磨损和轴的疲劳损坏。此外叶轮流道制造工艺欠佳，两侧盖板对称性差，加剧破坏了转子的稳定性，从而造成了轴承温度高，转子抖动串轴，逐步发展到叶轮锁母退扣松动等问题。
原制造装配工艺欠妥：叶轮与轴的配合采用滑装，其间隙较大均在0.1及以上，而叶轮直径大，重量大，转子在波动增大的轴向力和径向力的冲击下，叶轮锁母虽有锁紧垫圈，运行不久就松动退扣现象，对水泵的安全运行带来很大威胁。
冷却腔与泵体密封垫频繁泄漏原因主要是设计不合理所致，最窄密封面只有3-5宽，且壳体密封面不是一个完整平面，由于水泵低流量转子串轴抖动对冷却腔的冲击和热变形等原因，造成原低压石棉垫极易发生泄漏，而且由于结构原因处理时需要隔离系统后，拆卸非驱动端轴承和机械密封，工作量很大。非驱动端轴承每次拆卸，均需要更换，造成较大浪费。
2、经济性差
除汽前泵效率低以外，过大的可用汽蚀余量是汽前泵经济性差的根本原因。汽前泵的作用就是保证汽动主泵不汽蚀，按可用汽蚀余量NPSHa=（2.0～2.4）NPSHr的要求选择配置前置泵设计扬程，汽动主给水泵是安全可靠的，而且是经济的。
经优化计算前置泵的扬程可减少35-40%（约50m），即改后泵的扬程为90m左右，再加上可用的倒灌高度10.6m，可用汽蚀余量NPSHa=100.6m左右，为汽动主泵的必需汽蚀余量45 m的2.24倍，完全可满足汽动主泵的汽蚀余量要求，这样不但提高了前置泵的安全稳定性，而且经济性明显提高，按此推算电功率可下降35-40%左右，即每小时前置泵的电功率可下降150kW以上，当然由于前置泵的扬程降低，汽动主泵必然转速略有升高，来弥补锅炉上水所需扬程，使得小汽机的进汽量略有增加，从经济上来算，减去多耗汽的煤耗成本，实际每小时至少可节电100kwh以上，可见效益可观。
由于汽前泵改小后扬程下降，主泵是否有富裕量来弥补，为此我们统计了改造前机组最高负荷时主泵小汽机的对应最高转速只有5380r/min（诊断试验时为5319 r/min）。由于泵的出力与转速3次方成正比。驱动主泵的小汽机设计最高转速为5800r/min，为机组最高负荷的转速5380r/min的1.078倍，按3次方关系，即汽动主泵还有25.3%的裕量，而汽前泵削减50m 扬程只需占用主泵总扬程3350m的1.5%，即改后汽动主泵仍有23.8%的裕量。所以汽前泵改小，扬程下降50m 后，给水泵组在最高负荷时，仍有23.8%的裕量，可见是安全可靠的。
3 改造方案
改造的思路主要是削减扬程，提高水泵低负荷稳定性；在保证负荷最大时轴承温度不超标的情况下，合理调整轴承游隙。具体实施方案内容如下：
1.采用车削办法，削减扬程50m，减少低流量时轴向力与径向力波动和增大的问题，提高转子的刚度和流动稳定性。
2.进行泵的通流部分改造，对原叶轮和蜗壳局部关键型线进行优化改进，提高泵的效率与汽蚀性能。
3.将叶轮与轴的滑动配合改为过渡配合，增强转子的稳定性。
4.对冷却腔加装2道耐热胶圈的密封改进，解决泄漏问题。
5.调整推力轴承游隙，控制在0.10—0.15之间，并将轴承外圈压死。
6.高标准严要求进行检修组装。
4 改造过程控制
水泵解体后，采用专利技术对原叶轮局部关键叶形进行改进，提高配套性、稳定性和水泵效率。冷却腔采用加工特殊圈槽安装φ5.7和φ3.5两道O形耐热胶圈，改进密封方式，提高密封效果。对蜗壳隔舌打磨呈鱼头形，对所有部件进行了仔细清洗，更换了叶轮密封环、支持轴承。叶轮与泵轴改为过渡配合，安装时采用热装，并保证叶轮处于正中位置，清理冷却腔与泵体结合面，消除毛刺、划痕，连接螺栓紧固均匀。中分面密封垫与冷却腔配合部分，采用留余量，涂密封胶紧固中分面螺栓后用刀割加工成型，并修理光滑，保证无短缺且配合严密。机械密封安装后用卡块锁死，并认真调整安装轴承，严格控制推力轴承游隙为0.10～0.15，同时保证轴承外圈与轴承盖压死无间隙。 5 改造后效果
改造后汽前泵运行安全稳定，轴承无异音，改造后电流为40.1A，下降了18.51A。机组各种负荷时水泵均无串轴。非驱动端轴承温度由比改前降低了8℃。为了准确测定改造后节电效果，特进行了性能测试，测试结果见表2，图2：
表2 SQ300-670型前置泵改后性能测试数据汇总表
1、从改造至今，汽前泵运行平稳，振动小，未发生任何问题，轴承温度，轴承噪音都比改前有很大的改善，从根本上解决了低流量工况下转子抖动，串轴以及冷却腔泄漏问题，大大提高汽前泵的安全稳定性。
2、虽然叶轮外径平均车削了18.3%，但泵经过通流部分改造，对原叶轮和蜗壳关键局部型线，采用特殊加工方法进行优化改进，采用高效鱼头形叶型，不但弥补了叶轮车小后效率下降，反而使泵的效率提高了5～7.5%，最高运行效率达83.09%，居国内先进水平，而且改后Q-H曲线更加平直，有利于稳定性和流量调节。
3、改后泵扬程下降了46～49mm，但设计工况下泵扬程还有91m，加上汽前泵入口有效倒灌高度10.6m，可用汽蚀余量NPSHa仍有101.6m，为主泵必须汽蚀余量NPSHr=45m的2.25倍，由此可见，汽前泵的扬程完全可满足汽动主泵的汽蚀性能要求，且安全可靠。
4、在运行工况内，汽前泵电流下降了17～18.5A，电功率下降了160～200KW，按一台汽前泵平均每小时可节电160Kwh，年利用小时5500小时计算，则年节电：160×5500=88万（Kwh），按平均上网电价0.40元/Kwh计算，2台汽前泵改造后节能效益每年为70万元。
因汽前泵扬程下降后小机耗汽量稍有增加，通过各负荷下小汽机耗汽量比较，改造后小机耗汽量（两台小机总和）较改造前按平均增加0.3t计算，按热耗率2.79计算，折合一台机组发电煤耗增加0.05g/Kwh，机组全年发电量34亿Kwh计算，因小机汽耗量增大增加标煤消耗量170t，按标煤单价600元计算，增加成本10万元。
综合比较，宁德发电公司四号机汽前泵改造后一年可实现直接经济效益约60万元。另外由于汽前泵机械密封泄漏、端面泄漏问题的根治，汽泵组停运次数大幅减少，同时带来了可观的间接效益。
6 结论
宁德发电公司通过汽前泵改造治理，不仅达到了节能的效果，更重要的是使该泵的可靠性大大提高。改造后未发生任何问题，从振动、轴承温度、轴承声音都较改造前有了很大改善，消除了水泵串轴，同时解决了机械密封损坏、冷却腔泄漏等老大难问题，使汽前泵从安全、经济、可靠性各方面都得到了很大提高。目前大机组汽前泵运行中普遍存在此类问题，宁德发电公司汽前泵改造经验对同类机组具有很好的推广价值。
参考文献
[1]邹节廉 提高给水泵效率的途径中国电力 1982（9）
[2]上海KSB泵有限公司SQ300-670型水泵说明书