船用汽轮循环泵的改进设计

2018-09-19 17:37:01 10

  1 前言
  船用汽轮循环泵主要由汽轮机、减速器和循环泵三大部件组成。汽轮机联带减速器驱动循环水泵工作,将船外的海水吸入主冷凝器(类别:换热设备)和主机滑油冷却器使工质冷却。另外,当机炉舱破损漏水时,该泵作为应急排水泵,将船舱内的积水排出船外。
  汽轮机由转子(rotor)和壳体组成,转子安装有叶片、减速器小齿轮及向各轴承(bearing)提供润滑油的消防泵等部件。上海凯泉如安装过高,则不吸水;此外,由于山区比平原大气压力低,因此同一台水泵在山区,特别是在高山区安装时,其安装高度应降低,否则也不能吸上水来。壳体上装有喷嘴箱、速关阀、第一辅助阀、第二辅助阀、隔板、汽轮机密封装置、支持轴承和止推轴承等。
  减速器亦由转子(rotor)和壳体组成,转子安装有减速器大齿轮、测速装置、支持轴承和止推轴承等部件。壳体还安装有滑油冷却器等部件。
  循环泵仍由转子(rotor)和壳体组成,转子上安装有泵轮(即工作轮)、橡胶支持轴承(bearing)等部件。为了检修方便,壳体由两半组成,垂直中分面用螺栓固定,壳体包括泵壳、第一半导向器、第二半导向器、泵盖、进水部分等部件。
  2 改进设计的提出
  2.1 原汽轮循环泵的汽轮机调速由速关阀控制一个喷嘴,第一辅助阀控制两个喷嘴,通过这两阀可以完成泵的各运行工况。凯泉泵业由此可见,若离心泵叶轮不断旋转,则可连续吸水、压水,水便可源源不断地从低处扬到高处或远方。综上所述,离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下,将水提向高处的。凯泉泵业开动前,先将泵和进水管灌满水,水泵运转后,在 叶轮高速旋转而产生的离心力的作用下,叶轮流道里的水被甩向四周,压入蜗壳,叶轮入口形成真空,水池的水在外界大气压力下沿吸水管被吸入补充了这个空间。继而吸入的水又被叶轮甩出经蜗壳而进入出水管。第二辅助阀控制三个喷嘴,用于超负荷或当汽轮机蒸汽参数降低时打开使用,也可将它作为备用阀。由于上述三阀都是手动阀,因而不仅工作量大,而且还难以实现自动控制。为了解(Find out)决该问题(Emerson),将速关阀改为自控阀,增加调节阀的作用,另两阀不改。经过运行发现该项措施仍存在两个问题:一是速关阀口径较大,在小开度状态下,很容易自动关死;二是对阀门的控制较分散,当船在倒车时,要手动开启一个辅助阀进行控制,这样就不能完全实现正、倒车的自动控制,所以还需要再进一步改进。
        2.2 原泵上的冷油器换热管容易破损,在接头处易脱开。
  2.3 原循环泵的两个滑动轴承为橡胶轴承。由于加工工艺落后,橡胶与铜铸件粘接性能差,制造中成品率极低,这需要改进设计。
  2.4 原汽轮机上端支持轴承存在供油量不足的情况,供油性能有待在改进设计中得到改善。
  2.5 根据设备(shèbèi)研制任务书所述:该泵在轴系转速为260r/min时,发现一横向振动共振峰值(peak),而在其转速下,同时发现泵轴振动较强烈,使该泵难以正常工作,这需要在改进设计中找出原因,予以解决。
  2.6 为提高运行性能,增加了电动油泵(Deep well pump),在机组启动时和停机后使用。上海凯泉如安装过高,则不吸水;此外,由于山区比平原大气压力低,因此同一台水泵在山区,特别是在高山区安装时,其安装高度应降低,否则也不能吸上水来。
  2.7 另外,对某些部件的加工工艺需要改进,以进一步提高汽轮循环泵的运行性能。
  3 改进设计
  3.1 电动调节阀的改进设计
  首先改进设计了喷嘴箱,使原速关阀不再直接控制喷嘴,只起主汽阀和速关阀的作用,它能手动开关和自动、手动速关,取消了其调速功能;原速关阀控制的一个喷嘴和第一辅助阀控制的两个喷嘴由新设计的电动调节阀(使用材料:铸铁、铸钢、不锈钢等)控制。原第二辅助阀仍然保留,称为辅助阀,作用不变。
  新设计的电动调节阀(使用材料:铸铁、铸钢、不锈钢等)由电动执行机构(驱动方式:回转、多回转、直行程)驱动,通过变速齿轮减速,由大小阀组合的阀门(功能:截止、导流、稳压、分流等)的阀杆作水平方向移动,使阀门开闭,起到调节汽轮机的进汽量的作用。上海凯泉由于叶轮进口不可能形成绝对真空,因此离心泵吸水高度不能超过10米,加上水流经吸水管路带来的沿程损失,实际允许安装高度(水泵轴线距吸入水面的高度)远小于10米。在小开度进汽时,小阀优越的调控(释义:调节、控制)能力得以充分发挥。电动执行机构设有就地手轮,可以就地手动控制(control)电动调节阀,还设有电控箱,可以远距离电控电动调节阀,也可以通过集控室的微机对电动调节阀进行自动控制。该电动调节阀的调控功能可完全满足主汽轮机组正、倒车各工况的要求,因此汽轮循环泵实现了启动、运行和停机的自动化。
  3.2 冷油器换热管问题(Emerson)的解决
  首先对冷油器换热管容易破损的原因进行了分析,认为主要原因是由于B30管在生产加工、安装过程(guò chéng)及运输过程中与其它零部件磨擦、撞击、碰伤,在安装后运行中与海水长期接触,海水的污染物会滞留在被损伤的凹痕里,在海水的作用下形成电化学腐化侵蚀 ,使B30管的损伤处越来越薄,以至最后破裂。因此制订了具体要求,即要求制造厂按技术要求进行生产、安装和运输,尽量避免此类事情发生。
  冷油器换热管的接头易脱开,经分析是胀管的质量问题。经大量严格的试验及计算将胀管力控制(control)在一定的范围(fàn wéi)内,使胀管既能做到密封,又不使接头处脱开,使管子保持在原强度范围内,不致胀裂。
  3.3 橡胶轴承问题(Emerson)的解决
  原泵橡胶(Rubber)轴瓦(bearing shell)的铜铸件采用普通浇铸,容易产生缺陷,合格率低;橡胶与铜铸件的粘接技术不过关,容易产生橡胶在铜铸件上的剥离,在产品检查时,合格率低于50%。改进后铜铸件采用离心浇铸,铸件的晶粒细,排列紧密,所有铸件均一次铸浇合格,因此,提高了铸件质量。橡胶与铜铸件的粘接也采用现代工艺配方及科学有效的生产管理(guǎn lǐ),生产橡胶轴瓦的合格率提高到90%以上。
  原下端橡胶轴瓦(bearing shell)水室的半径为R3,现改为R8,冷却水通流面积增加1.4167倍;原上端橡胶轴瓦水室半径为R5,现改为R10,冷却水通流面积增加1.28倍,这样使橡胶轴瓦有更多的冷却水进行冷却、润滑,避免被轴粘牢。
        3.4 润滑油(Lubricating oil)供应不足问题的解决
  对消防泵的供油量及各轴承和齿轮传动的耗油量逐项进行了计算,计算结果表明消防泵的供油量正常。汽轮机上端轴承由于供油量不足而使轴承油温偏高,是因轴承离油泵(Deep well pump)较远,油管的通流面积偏小,导致管路损失增加所造成的,因此将上端轴承供油油管的直径由Φ16改为Φ19。在试航中,上端轴承油温始终处于正常范围内。
  3.5 振动问题的解决
  经计算,汽轮机转子(rotor)的一阶临界转速是13