水环式真空泵增加前置喷射装置的改造
托电一期水环式真空泵自投产以来,在高真空时泵的轴承振动值超标,造成轴承和叶轮的使用寿命缩短,曾发生过轴承损坏和叶轮叶片产生裂纹等故障。针对上述情况,对真空泵进行了增加前置喷射装置的改造,保证了真空泵的安全稳定运行,延长了设备的使用寿命和检修周期,同时提高了机组的真空。
引言
内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司(以下简称托电)一期工程建设2 ×600 MW亚临界水冷燃煤机组, 1、2号机组分别于2003年6月9日、7 月29 日投产发电。每台机组配备2 台100%容量真空泵,型式为2BW440320BK2Z水环式,机组正常运行时一台运行、一台备用。一期真空泵自投产以来,在高真空状态下泵的轴承振动值超标,造成轴承和叶轮的使用寿命缩短,并且发生过轴承损坏和叶轮叶片产生裂纹等故障。
针对上述情况,托电决定对一期真空泵的问题进行综合分析治理,使真空泵的缺陷彻底消除。
1、真空泵振动及原因分析
托电一期水环真空泵系统流程图见图1。一期真空泵自投产以来,出现了运行中轴承振动速度超标而振动幅度正常的情况,特别是高真空运行状态下泵的轴承振速达到了8. 0 mm / s,大大超过了允许值4. 5 mm / s。表1为2号机A真空泵轴承振动的数值。
图1 水环真空泵系统流程图
真空泵振动大的原因有以下几种:
(1) 轴承安装、检修质量不良;
(2) 转子不平衡;
(3) 轴承质量不合格;
(4) 泵内发生汽蚀。
分析认为,真空泵经过几次检修,安装、检修质量不存在问题;轴承经过解体检查,质量合格;转子在出厂时已做过动平衡试验,也没有问题。最终分析认为是高真空运行时真空泵内发生汽蚀所致。经过调查,国内其它厂水环真空泵也曾经发生类似情况。
表1 2A真空泵改造前轴承振动数值
水环真空泵的工作原理是利用容积变化来实现抽真空,转子在泵内偏心安装,它的转动会迫使工作液沿泵壳内壁形成一个与其同向旋转的液环,此时会在两相邻叶片、叶轮轮毂和液环内表面之间形成气腔,随转子的转动此气腔在泵的吸气区体积逐渐增大,其内部压力下降,从而将气体吸入泵内,相反气腔在排气区体积逐渐缩小,内部压力上升,从而将气体排出。
在整个运行过程中,从最大吸气区到排气区阶段,泵一直处于高真空状态下运行,真空泵一般的设计极限绝对压力为3.3 kPa,压力低时泵内汽蚀相当严重,从而造成泵体振动。随着真空的上升(即压力降低) ,汽蚀和振动都将加剧,水环也在增大,因而叶片负荷也急剧增加,高真空所形成的巨大拉应力作用在叶片上,容易导致叶片疲劳断裂,该现象往往出现在叶轮铸造缺陷的位置。真空泵长时间在汽蚀的恶劣工况下运行,不仅由于振动使轴承的寿命缩短,而且叶轮的使用寿命也将大大缩短。
2、改造情况
为解决真空泵汽蚀的情况,需提高真空泵入口压力,为此提出为真空泵增加前置喷射装置。
2.1、前置喷射装置的工作原理
前置喷射装置为一个喷嘴和扩压管组合装置,动力气源采用真空泵出口气流。通过从排气侧(气水分离器)引入接近大气压力的气流,通过喷嘴加速形成高速气流,来带动吸入口内的气体一起从吸气支管进入泵内。在泵初始运行入口压力高时,喷射器不投入,绝对压力达到15 kPa左右时,喷射器投入工作。真空泵增加前置喷射装置改造后,可将泵入口绝对压力由原先的4～8kPa提升至9～15 kPa,从而大大减轻泵内的汽蚀现象,达到稳定运行的目的。同时增加喷射器后可提高凝汽器在低真空状态下的抽气量,提高系统真空度。
2.2、改造施工方案
改造安装的系统方案如图2,具体方案为:
(1) 将真空泵入口气动阀去掉,保留入口逆止阀,在泵入口与逆止阀之间加装两个气动阀(16a、16b) 。
(2) 在喷射器至分离器管段加装第三道气动阀(19a) 。
(3) 在汽水分离器靠排气侧的顶部开孔,用以连接喷射器吸入直管。
(4) 在泵进气管靠分离器侧顶部开孔,连接前置喷射器喷管及连接部件。
(5) 16a、16b两阀门中间短管开孔,用来接喷射管部件。
(6) 就地选取压力气源口并接管至气源配气箱,以供气动门用气。
(7) 顶部4个热工压力测点及1个就地压力表测点口如图2所示。
(8) 系统的程序控制做入DCS中。
图2 真空泵改造后的设备流程图
2.3、加装前置喷射器后真空泵的逻辑程序
(1) 泵启动前要求气动阀16a、19a关闭, 16b处于开启状态。
(2) 泵启动后,当入口压差ΔP (16a气动阀前后1、2测点)达到2 kPa ( 2点绝对压力- 1点绝对压力≥2 kPa)时, 16a气动阀开启,其他两门维持原状。
(3) 当入口绝对压力P1 低于(6～8 kPa)时(相对值- 84 kPa,当地大气压以90 kPa计算) 16b关闭,同时打开19a气动阀, 16a维持原开状态。
(4) 泵在正常停运时, 16a先关闭后,才允许停泵(联锁状态下控制,不允许CRT手操) 。
(5) 16a、16b是气开门(即24 VDC通电供气开门, 24 VDC断电,断气关门) ; 19a气关门(即24VDC通电供气关门, 24 V DC断电,断气开门)。
3、改造前和改造后运行情况对比
3.1、2号机A真空泵前置喷射器投运试验
2号机A真空泵于2007年5月19日14点51分投入前置喷射器,投入前后部分参数对比见表2。
表2 2A真空泵投入喷射器真空和噪声对照表
2号机A真空泵投入前置喷射器前振动见表1,投入后真空泵振动见表3。
表3 2A真空泵投入喷射器后轴承振动数值
3.2、2号机B真空泵前置喷射器投运试验
2号机B真空泵于2007年5月20日0点18分投入前置喷射器,投入前后部分参数对比见表4。
表4 2B真空泵投入喷射器真空和噪声对照表
2号机B真空泵投入前置喷射器前振动见表5,投入后真空泵振动见表6。
表5 2B真空泵投入喷射器前轴承振动数值
表6 2B真空泵投入喷射器后轴承振动数值
3.3、2号机真空泵前置喷射器投运试验结果
对比以上数据,可以得出以下结果:
改造后, 2A 真空泵轴承振速下降了1.4 ～5.8 mm/s,振速最大值2.4 mm/s,达到合格水平;机组真空在负荷不变的情况下提高约0. 7 kPa,噪音下降9 dB。改造后, 2B 真空泵轴承振速下降了0.8 ～4 mm/s,振速最大值3 mm/s,达到合格水平;机组真空在负荷不变的情况下提高1.1kPa,噪音下降7 dB。
4、结论
托电水环式真空泵增加前置喷射装置的改造,有效降低了真空泵轴承的振动值和运行噪音,提高了机组的真空,取得了良好效果。
(1) 真空泵进行增加前置喷射器改造后,真空泵即使在高真空运行状态下泵的轴承振动值也远小于标准值, 可有效延长轴承和叶轮的使用寿命, 有利于设备的安全稳定运行;同时可延长设备的检修周期, 节约检修费用。
(2) 真空泵进行增加前置喷射器改造后,可降低设备运行时的噪音,有利于环保。
(3 ) 真空泵进行增加前置喷射器改造后,可提高运行机组的真空, 降低煤耗, 有利于节能降耗。
