托電一期水環式真空泵自投產以來,在高真空時泵的軸承振動值超標,造成軸承和葉輪的使用壽命縮短,曾發生過軸承損壞和葉輪葉片產生裂紋等故障。針對上述情況,對真空泵進行了增加前置噴射裝置的改造,保證了真空泵的安全穩定運行,延長了設備的使用壽命和檢修周期,同時提高了機組的真空。

引言

　　內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司(以下簡稱托電)一期工程建設2 ×600 MW亞臨界水冷燃煤機組, 1、2號機組分別于2003年6月9日、7 月29 日投產發電。每臺機組配備2 臺100%容量真空泵,型式為2BW440320BK2Z水環式,機組正常運行時一臺運行、一臺備用。一期真空泵自投產以來,在高真空狀態下泵的軸承振動值超標,造成軸承和葉輪的使用壽命縮短,并且發生過軸承損壞和葉輪葉片產生裂紋等故障。

　　針對上述情況,托電決定對一期真空泵的問題進行綜合分析治理,使真空泵的缺陷徹底消除。

1、真空泵振動及原因分析

　　托電一期水環真空泵系統流程圖見圖1。一期真空泵自投產以來,出現了運行中軸承振動速度超標而振動幅度正常的情況,特別是高真空運行狀態下泵的軸承振速達到了8. 0 mm / s,大大超過了允許值4. 5 mm / s。表1為2號機A真空泵軸承振動的數值。

圖1　水環真空泵系統流程圖

　　真空泵振動大的原因有以下幾種:

　　(1) 軸承安裝、檢修質量不良;
　　(2) 轉子不平衡;
　　(3) 軸承質量不合格;
　　(4) 泵內發生汽蝕。

　　分析認為,真空泵經過幾次檢修,安裝、檢修質量不存在問題;軸承經過解體檢查,質量合格;轉子在出廠時已做過動平衡試驗,也沒有問題。最終分析認為是高真空運行時真空泵內發生汽蝕所致。經過調查,國內其它廠水環真空泵也曾經發生類似情況。

表1　2A真空泵改造前軸承振動數值

　　水環真空泵的工作原理是利用容積變化來實現抽真空,轉子在泵內偏心安裝,它的轉動會迫使工作液沿泵殼內壁形成一個與其同向旋轉的液環,此時會在兩相鄰葉片、葉輪輪轂和液環內表面之間形成氣腔,隨轉子的轉動此氣腔在泵的吸氣區體積逐漸增大,其內部壓力下降,從而將氣體吸入泵內,相反氣腔在排氣區體積逐漸縮小,內部壓力上升,從而將氣體排出。

　　在整個運行過程中,從最大吸氣區到排氣區階段,泵一直處于高真空狀態下運行,真空泵一般的設計極限絕對壓力為3.3 kPa,壓力低時泵內汽蝕相當嚴重,從而造成泵體振動。隨著真空的上升(即壓力降低) ,汽蝕和振動都將加劇,水環也在增大,因而葉片負荷也急劇增加,高真空所形成的巨大拉應力作用在葉片上,容易導致葉片疲勞斷裂,該現象往往出現在葉輪鑄造缺陷的位置。真空泵長時間在汽蝕的惡劣工況下運行,不僅由于振動使軸承的壽命縮短,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噴嘴和擴壓管組合裝置,動力氣源采用真空泵出口氣流。通過從排氣側(氣水分離器)引入接近大氣壓力的氣流,通過噴嘴加速形成高速氣流,來帶動吸入口內的氣體一起從吸氣支管進入泵內。在泵初始運行入口壓力高時,噴射器不投入,絕對壓力達到15 kPa左右時,噴射器投入工作。真空泵增加前置噴射裝置改造后,可將泵入口絕對壓力由原先的4～8kPa提升至9～15 kPa,從而大大減輕泵內的汽蝕現象,達到穩定運行的目的。同時增加噴射器后可提高凝汽器在低真空狀態下的抽氣量,提高系統真空度。

2.2、改造施工方案

　　改造安裝的系統方案如圖2,具體方案為:

　　(1) 將真空泵入口氣動閥去掉,保留入口逆止閥,在泵入口與逆止閥之間加裝兩個氣動閥(16a、16b) 。

　　(2) 在噴射器至分離器管段加裝第三道氣動閥(19a) 。

　　(3) 在汽水分離器靠排氣側的頂部開孔,用以連接噴射器吸入直管。

　　(4) 在泵進氣管靠分離器側頂部開孔,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,以供氣動門用氣。

　　(7) 頂部4個熱工壓力測點及1個就地壓力表測點口如圖2所示。

　　(8) 系統的程序控制做入DCS中。

圖2　真空泵改造后的設備流程圖

2.3、加裝前置噴射器后真空泵的邏輯程序

　　(1) 泵啟動前要求氣動閥16a、19a關閉, 16b處于開啟狀態。

　　(2) 泵啟動后,當入口壓差ΔP (16a氣動閥前后1、2測點)達到2 kPa ( 2點絕對壓力- 1點絕對壓力≥2 kPa)時, 16a氣動閥開啟,其他兩門維持原狀。

　　(3) 當入口絕對壓力P1 低于(6～8 kPa)時(相對值- 84 kPa,當地大氣壓以90 kPa計算) 16b關閉,同時打開19a氣動閥, 16a維持原開狀態。

　　(4) 泵在正常停運時, 16a先關閉后,才允許停泵(聯鎖狀態下控制,不允許CRT手操) 。

　　(5) 16a、16b是氣開門(即24 VDC通電供氣開門, 24 VDC斷電,斷氣關門) ; 19a氣關門(即24VDC通電供氣關門, 24 V DC斷電,斷氣開門)。

3、改造前和改造后運行情況對比

3.1、2號機A真空泵前置噴射器投運試驗

　　2號機A真空泵于2007年5月19日14點51分投入前置噴射器,投入前后部分參數對比見表2。

表2　2A真空泵投入噴射器真空和噪聲對照表

　　2號機A真空泵投入前置噴射器前振動見表1,投入后真空泵振動見表3。

表3　2A真空泵投入噴射器后軸承振動數值

3.2、2號機B真空泵前置噴射器投運試驗

　　2號機B真空泵于2007年5月20日0點18分投入前置噴射器,投入前后部分參數對比見表4。

表4　2B真空泵投入噴射器真空和噪聲對照表

　　2號機B真空泵投入前置噴射器前振動見表5,投入后真空泵振動見表6。

表5　2B真空泵投入噴射器前軸承振動數值

表6　2B真空泵投入噴射器后軸承振動數值

3.3、2號機真空泵前置噴射器投運試驗結果

　　對比以上數據,可以得出以下結果:

　　改造后, 2A 真空泵軸承振速下降了1.4 ～5.8 mm/s,振速最大值2.4 mm/s,達到合格水平;機組真空在負荷不變的情況下提高約0. 7 kPa,噪音下降9 dB。改造后, 2B 真空泵軸承振速下降了0.8 ～4 mm/s,振速最大值3 mm/s,達到合格水平;機組真空在負荷不變的情況下提高1.1kPa,噪音下降7 dB。

4、結論

　　托電水環式真空泵增加前置噴射裝置的改造,有效降低了真空泵軸承的振動值和運行噪音,提高了機組的真空,取得了良好效果。

　　(1) 真空泵進行增加前置噴射器改造后,真空泵即使在高真空運行狀態下泵的軸承振動值也遠小于標準值, 可有效延長軸承和葉輪的使用壽命, 有利于設備的安全穩定運行;同時可延長設備的檢修周期, 節約檢修費用。

　　(2) 真空泵進行增加前置噴射器改造后,可降低設備運行時的噪音,有利于環保。

　　(3 ) 真空泵進行增加前置噴射器改造后,可提高運行機組的真空, 降低煤耗, 有利于節能降耗。