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350MW變頻凝結水泵
技術領域：
本發明涉及350MW等級火力發電機組用的一種凝結水泵，其結構為立式、多級、節段式，采用徑向式導葉，泵的軸向力*由泵本體自身承受，泵筒體按*真空設計。配用變頻調速電機，節能顯著。
背景技術：
凝結水泵是火力發電機組中極為重要的輔機設備之一，其中與350MW等級發電機組配套的100%全容量凝結水泵的流量約為800~1100m3/h。為了降低能耗，以節能減排為宗旨，靈活調節用電高峰、低谷時的發電量，單臺發電機組配用2臺55%容量的凝結水泵已逐漸被電力設計院、火力發電廠等單位接受并推廣。55%容量的凝結水泵流量約為440~605m3/h，揚程約為280~340mH2O。
凝結水泵的用途是在高度真空條件下將凝汽器熱井中的凝結水送至低壓加熱器，由于凝結水處于該真空條件下的飽和溫度，為了提高系統的裝置汽蝕余量以及降低泵本身的必需汽蝕余量，傳統結構的凝結水泵一般采取以下措施：
1. 首級葉輪為單吸式葉輪，通過延長泵軸的尺寸，把首級葉輪設計安裝在位置低下的泵筒體內，以便于提高裝置汽蝕余量。為了保證與泵軸的尺寸匹配，次級葉輪的壓水室通常采用空間導葉結構。
2. 在首級葉輪前設置誘導輪，以便于提高泵的抗汽蝕性能。
上述兩種方案將導致泵筒體的尺寸偏長，運行穩定性差，所需的泵坑尺寸過長，不僅浪費土建施工成本，而且不利于泵的運輸、安裝、檢修和運行。
發明內容：
本發明所要解決的技術問題是提供一種泵筒體尺寸短、運轉穩定、結構緊湊，便于安裝、檢修的立式多級節段式凝結水泵，配用變頻調速電機，靈活調節水泵的出力，充分滿足350MW等級發電機組凝結水泵正常運行以及發電高峰、低谷時的用電需求，大量降低能耗。
本發明采用技術方案：
本發明提供的凝結水泵包含：變頻電機(1)、上部支架(2)、推力軸承部件(3)、機械密封部件(4)、吐出座(5)、泵筒體(6)、接管(7)、末段(8)、末導葉(9)、中段(10)、導葉(11)、首級螺旋殼(12)、吸入喇叭管(13)、首級葉輪(14)、次級葉輪(15)和軸(16)等部件。
推力軸承部件(3)的特點在于：采用成對安裝的角接觸球軸承，球軸承靠軸承套的吸油孔實現自潤滑，軸承下蓋部件內設有盤管式冷卻水管。
機械密封部件(4)的特點在于：集裝式、串聯、雙端面結構，內側動、靜環用于防止高壓凝結水泄漏，外側動、靜環用于防止泵停運時外部空氣進入。
首級螺旋殼(12)的特點在于：具有兩個螺旋型壓水室，收集從首級葉輪流出的液體，減少水力損失。兩個壓水室對稱布置，能夠自動平衡徑向力。
首級葉輪(14)的特點在于：雙吸式結構，液體從兩側吸入口進入。汽蝕比轉數ns僅為傳統單吸式葉輪的0.7倍，具有良好的抗汽蝕性能。
本發明的有益效果：
1. 泵與電機采用彈性柱銷聯軸器聯接，降低泵與電機聯接精度的要求，簡化機組的安裝與維護。
2. 在泵筒體的基礎盤上側僅設置兩件支撐用于承受電機重力，即：吐出座、上部支架。兩件支撐所需的機械加工面相對較少，加工、安裝時的尺寸和形位公差累積小，有利于保證裝配精度，有利于電機運轉平穩。
3. 采用成對安裝的角接觸球軸承，球軸承能夠承受上、下兩個方向的軸向載荷，實現泵的軸向力*由泵本體承受，并且可以有效地防止在啟動瞬間頂軸現象。
4. 選用集裝式、串聯、雙端面機械密封部件，能夠有效防止在泵運行時凝結水泄漏。并且在泵停運時，有效防止外部空氣進入泵筒體內部。
5. 首級葉輪為雙吸式葉輪，不需要誘導輪，縮短了泵的軸向尺寸，提高了泵的抗汽蝕性能。
6. 次級葉輪和末級葉輪為單吸結構，壓水室采用徑向導葉，軸向尺寸小，便于機械加工，并且結構緊湊，有利于運行穩定。
7. 將脫汽管布置在安裝基礎下部，減少在檢修起吊時需拆卸脫汽管配對法蘭，實現吸入接管、脫汽接管終身免拆卸。
8. 經實際生產驗證，本發明泵軸全長為3226mm，采用單根泵軸，剛性較好。傳統結構凝結水泵通常設計為兩根軸，傳動軸與泵軸用套筒式聯軸器連接，在一定程度上存在兩軸同心度累積誤差。
9. 經實際生產驗證，本發明泵筒體全長2350mm。傳統結構的泵筒體全長4175mm。同比，泵筒體縮短至56%。大量降低安裝基礎深度，有利于運輸、安裝和檢修等工作。
10. 配用變頻調速電機，當發電機組所用的凝結水量下降時，通過降低電機轉速實現凝結水泵的出力調節，保證泵始終運行在率范圍區。
附圖說明：
圖1為本發明凝結水泵的結構示意圖
圖2為本發明凝結水泵與電機整體安裝示意圖
圖3為本發明凝結水泵的性能曲線圖
圖4為圖1中的I處放大
具體實施方式：
1、變頻調節
凝結水泵的額定流量為520m3/h，額定揚程為330mH2O，額定轉速為1480r/min，額定效率為81%，必需汽蝕余量為2.1mH2O。
為滿足運行需要，需要將流量調節為額定流量的50%，即260m3/h，揚程300mH2O。傳統調節方法為關小出口閘閥，此時泵的效率僅為70%。
采用變頻調節時，根據相似定律，
計算得出，將電機轉
速由1480r/min調至1380r/min，考慮轉速變化后，對效率曲線適當修正，得出泵的效率為73%。
轉速為1480r/min時的性能曲線如圖3中的實線所述。
轉速為1380r/min時的性能曲線如圖3中的虛線所述。
關小出口閘閥和變頻調節的性能對比見表一，計算得出：變頻調節每小時節約電能為90.9kW·h。
表一 性能參數對比
參 數
關小出口閘閥
變頻調節
流量m3/h
260
260
揚程mH2O
356
300
轉速r/min
1480
1380
效率%
70
73
軸功率kW
360.0
269.1
2、軸向力平衡
凝結水泵啟動后，高壓液體作用在全部次級葉輪(15)的后蓋板產生一個向下的推力。葉輪、軸等零件由于重力影響，產生一個向下的推力。液體由于重力影響，也產生一個向下的推力。三種推力一起構成泵的軸向推力。經計算，本發明中的泵軸向推力為5064kg。為了平衡軸向推力，特設計平衡機構。平衡機構包括：平衡鼓(17)、平衡套(18)、密封函體(20)和平衡回水管(21)。平衡鼓(17)通過分半卡環(19)固定于軸(16)。
參見附圖4。高壓液體迫使吐出口側形成高壓腔，高壓液體作用在平衡鼓(17)，產生一個向上推力，經計算，此向上推力大小約為3540~4050kg。高壓液體經過由平衡鼓(17)和平衡套(18)之間的微小間隙，流向密封函體(20)內的低壓腔。低壓腔內的液體通過平衡回水管(21)返回至泵筒體(6)，保證低壓腔與高壓腔形成壓差，實現軸向力的大部分平衡。
尚有1014~1524kg的剩余向下推力，由推力軸承部件(3)全部承受。至此，泵的軸向推力已*由泵本體自身承受。