水環(huán)式真空泵增加前置噴射裝置的改造
引言
內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱托電)一期工程建設(shè)2 ×600 MW亞臨界水冷燃煤機(jī)組, 1、2號(hào)機(jī)組分別于2003年6月9日、7月29日投產(chǎn)發(fā)電。每臺(tái)機(jī)組配備2 臺(tái)100%容量真空泵,型式為2BW4403-0BK-Z水環(huán)式,機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)一臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用。一期真空泵自投產(chǎn)以來(lái),在高真空狀態(tài)下泵的軸承振動(dòng)值超標(biāo),造成軸承和葉輪的使用壽命縮短,并且發(fā)生過(guò)軸承損壞和葉輪葉片產(chǎn)生裂紋等故障。
針對(duì)上述情況,托電決定對(duì)一期真空泵的問題進(jìn)行綜合分析治理,使真空泵的缺陷徹底消除。
1、真空泵振動(dòng)及原因分析
托電一期水環(huán)真空泵系統(tǒng)流程圖見圖1。一期真空泵自投產(chǎn)以來(lái),出現(xiàn)了運(yùn)行中軸承振動(dòng)速度超標(biāo)而振動(dòng)幅度正常的情況,特別是高真空運(yùn)行狀態(tài)下泵的軸承振速達(dá)到了8.0mm/s,大大超過(guò)了允許值4.5mm/s。表1為2號(hào)機(jī)A真空泵軸承振動(dòng)的數(shù)值。
圖1 水環(huán)真空泵系統(tǒng)流程圖
真空泵振動(dòng)大的原因有以下幾種:
(1) 軸承安裝、檢修質(zhì)量不良;
(2) 轉(zhuǎn)子不平衡;
(3) 軸承質(zhì)量不合格;
(4) 泵內(nèi)發(fā)生汽蝕。
分析認(rèn)為,真空泵經(jīng)過(guò)幾次檢修,安裝、檢修質(zhì)量不存在問題;軸承經(jīng)過(guò)解體檢查,質(zhì)量合格;轉(zhuǎn)子在出廠時(shí)已做過(guò)動(dòng)平衡試驗(yàn),也沒有問題。最終分析認(rèn)為是高真空運(yùn)行時(shí)真空泵內(nèi)發(fā)生汽蝕所致。經(jīng)過(guò)調(diào)查,國(guó)內(nèi)其它廠水環(huán)真空泵也曾經(jīng)發(fā)生類似情況。
表1 2A真空泵改造前軸承振動(dòng)數(shù)值
水環(huán)真空泵的工作原理是利用容積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)抽真空,轉(zhuǎn)子在泵內(nèi)偏心安裝,它的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)迫使工作液沿泵殼內(nèi)壁形成一個(gè)與其同向旋轉(zhuǎn)的液環(huán),此時(shí)會(huì)在兩相鄰葉片、葉輪輪轂和液環(huán)內(nèi)表面之間形成氣腔,隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)此氣腔在泵的吸氣區(qū)體積逐漸增大,其內(nèi)部壓力下降,從而將氣體吸入泵內(nèi),相反氣腔在排氣區(qū)體積逐漸縮小,內(nèi)部壓力上升,從而將氣體排出。
在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中,從最大吸氣區(qū)到排氣區(qū)階段,泵一直處于高真空狀態(tài)下運(yùn)行,真空泵一般的設(shè)計(jì)極限絕對(duì)壓力為3.3kPa,壓力低時(shí)泵內(nèi)汽蝕相當(dāng)嚴(yán)重,從而造成泵體振動(dòng)。隨著真空的上升(即壓力降低) ,汽蝕和振動(dòng)都將加劇,水環(huán)也在增大,因而葉片負(fù)荷也急劇增加,高真空所形成的巨大拉應(yīng)力作用在葉片上,容易導(dǎo)致葉片疲勞斷裂,該現(xiàn)象往往出現(xiàn)在葉輪鑄造缺陷的位置。真空泵長(zhǎng)時(shí)間在汽蝕的惡劣工況下運(yùn)行,不僅由于振動(dòng)使軸承的壽命縮短,而且葉輪的使用壽命也將大大縮短。
2、改造情況
為解決真空泵汽蝕的情況,需提高真空泵入口壓力,為此提出為真空泵增加前置噴射裝置。
2.1、前置噴射裝置的工作原理
前置噴射裝置為一個(gè)噴嘴和擴(kuò)壓管組合裝置,動(dòng)力氣源采用真空泵出口氣流。通過(guò)從排氣側(cè)(氣水分離器)引入接近大氣壓力的氣流,通過(guò)噴嘴加速形成高速氣流,來(lái)帶動(dòng)吸入口內(nèi)的氣體一起從吸氣支管進(jìn)入泵內(nèi)。在泵初始運(yùn)行入口力高時(shí),噴射器不投入,絕對(duì)壓力達(dá)到15kPa左右時(shí),噴射器投入工作。真空泵增加前置噴射置改造后,可將泵入口絕對(duì)壓力由原先的4～8kPa提升至9～15kPa,從而大大減輕泵內(nèi)的汽蝕現(xiàn)象,達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的目的。同時(shí)增加噴射器后可提高凝汽器在低真空狀態(tài)下的抽氣量,提高系統(tǒng)真空度。
2.2、改造施工方案
改造安裝的系統(tǒng)方案如圖2,具體方案為:
(1) 將真空泵入口氣動(dòng)閥去掉,保留入口逆止閥,在泵入口與逆止閥之間加裝兩個(gè)氣動(dòng)閥(16a、16b) 。
(2) 在噴射器至分離器管段加裝第三道氣動(dòng)閥(19a) 。
(3) 在汽水分離器靠排氣側(cè)的頂部開孔,用以連接噴射器吸入直管。
(4) 在泵進(jìn)氣管靠分離器側(cè)頂部開孔,連接前置噴射器噴管及連接部件。
(5) 16a、16b兩閥門中間短管開孔,用來(lái)接噴射管部件。
(6) 就地選取壓力氣源口并接管至氣源配氣箱,以供氣動(dòng)門用氣。
(7) 頂部4個(gè)熱工壓力測(cè)點(diǎn)及1個(gè)就地壓力表測(cè)點(diǎn)口如圖2所示。
(8) 系統(tǒng)的程序控制做入DCS中。
圖2 真空泵改造后的設(shè)備流程圖
2.3、加裝前置噴射器后真空泵的邏輯程序
(1) 泵啟動(dòng)前要求氣動(dòng)閥16a、19a關(guān)閉,16b處于開啟狀態(tài)。
(2) 泵啟動(dòng)后,當(dāng)入口壓差ΔP(16a氣動(dòng)閥前后1、2測(cè)點(diǎn))達(dá)到2kPa(2點(diǎn)絕對(duì)壓力-1點(diǎn)絕對(duì)壓力≥2kPa)時(shí),16a氣動(dòng)閥開啟,其他兩門維持原狀。
(3) 當(dāng)入口絕對(duì)壓力P1 低于(6～8kPa)時(shí)(相對(duì)值-84kPa,當(dāng)?shù)卮髿鈮阂?0 kPa計(jì)算) 16b關(guān)閉,同時(shí)打開19a氣動(dòng)閥,16a維持原開狀態(tài)。
(4) 泵在正常停運(yùn)時(shí), 16a先關(guān)閉后,才允許停泵(聯(lián)鎖狀態(tài)下控制,不允許CRT手操) 。
(5) 16a、16b是氣開門(即24VDC通電供氣開門, 24VDC斷電,斷氣關(guān)門) ; 19a氣關(guān)門(即24VDC通電供氣關(guān)門, 24VDC斷電,斷氣開門)。
