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技術文章

船用汽輪循環(huán)泵的改進設計
 
    論文摘要：針對原船用汽輪循環(huán)泵存在的諸多問題進行了設計和生產工藝的改進，改進后的船用汽輪循環(huán)泵，經陸試及遠航的考核檢驗，性能完全實現改進設計的預定指標。

    



    1　前言

    船用汽輪循環(huán)泵主要由汽輪機、減速器和循環(huán)泵三大部件組成。汽輪機聯帶減速器驅動循環(huán)水泵工作，將船外的海水吸入主冷凝器和主機滑油冷卻器使工質冷卻。另外，當機爐艙破損漏水時，該泵作為應急排水泵，將船艙內的積水排出船外。

    汽輪機由轉子和殼體組成，轉子安裝有葉片、減速器小齒輪及向各軸承提供潤滑油的齒輪油泵等部件。殼體上裝有噴嘴箱、速關閥、**輔助閥、**輔助閥、隔板、汽輪機密封裝置、支持軸承和止推軸承等。

    減速器亦由轉子和殼體組成，轉子安裝有減速器大齒輪、測速裝置、支持軸承和止推軸承等部件。殼體還安裝有滑油冷卻器等部件。

    循環(huán)泵仍由轉子和殼體組成，轉子上安裝有泵輪(即工作輪)、橡膠支持軸承等部件。為了檢修方便，殼體由兩半組成，垂直中分面用螺栓固定，殼體包括泵殼、**半導向器、**半導向器、泵蓋、進水部分等部件。

    2　改進設計的提出

    2.1　原汽輪循環(huán)泵的汽輪機調速由速關閥控制一個噴嘴，**輔助閥控制兩個噴嘴，通過這兩閥可以完成泵的各運行工況。**輔助閥控制三個噴嘴，用于超負荷或當汽輪機蒸汽參數降低時打開使用，也可將它作為備用閥。由于上述三閥都是手動閥，因而不僅工作量大，而且還難以實現自動控制。為了解決該問題，將速關閥改為自控閥，增加調節(jié)閥的作用，另兩閥不改。經過運行發(fā)現該項措施仍存在兩個問題：一是速關閥口徑較大，在小開度狀態(tài)下，很容易自動關死；二是對閥門的控制較分散，當船在倒車時，要手動開啟一個輔助閥進行控制，這樣就不能完全實現正、倒車的自動控制，所以還需要再進一步改進。
    2.2　原泵上的冷油器換熱管容易破損，在接頭處易脫開。

    2.3　原循環(huán)泵的兩個滑動軸承為橡膠軸承。由于加工工藝落后，橡膠與銅鑄件粘接性能差，制造中成品率極低，這需要改進設計。

    2.4　原汽輪機上端支持軸承存在供油量不足的情況，供油性能有待在改進設計中得到改善。

    2.5　根據設備研制任務書所述：該泵在軸系轉速為260r／min時，發(fā)現一橫向振動共振峰值，而在其轉速下，同時發(fā)現泵軸振動較強烈，使該泵難以正常工作，這需要在改進設計中找出原因，予以解決。

    2.6　為提高運行性能，增加了電動油泵，在機組啟動時和停機后使用。

    2.7　另外，對某些部件的加工工藝需要改進，以進一步提高汽輪循環(huán)泵的運行性能。

    3　改進設計

    3.1　電動調節(jié)閥的改進設計

    首先改進設計了噴嘴箱，使原速關閥不再直接控制噴嘴，只起主汽閥和速關閥的作用，它能手動開關和自動、手動速關，取消了其調速功能；原速關閥控制的一個噴嘴和**輔助閥控制的兩個噴嘴由新設計的電動調節(jié)閥控制。原**輔助閥仍然保留，稱為輔助閥，作用不變。

    新設計的電動調節(jié)閥由電動執(zhí)行機構驅動，通過變速齒輪減速，由大小閥組合的閥門的閥桿作水平方向移動，使閥門開閉，起到調節(jié)汽輪機的進汽量的作用。在小開度進汽時，小閥優(yōu)越的調控能力得以充分發(fā)揮。電動執(zhí)行機構設有就地手輪，可以就地手動控制電動調節(jié)閥，還設有電控箱，可以遠距離電控電動調節(jié)閥，也可以通過集控室的微機對電動調節(jié)閥進行自動控制。該電動調節(jié)閥的調控功能可完全滿足主汽輪機組正、倒車各工況的要求，因此汽輪循環(huán)泵實現了啟動、運行和停機的自動化。

    3.2　冷油器換熱管問題的解決

    首先對冷油器換熱管容易破損的原因進行了分析，認為主要原因是由于B30管在生產加工、安裝過程及運輸過程中與其它零部件磨擦、撞擊、碰傷，在安裝后運行中與海水長期接觸，海水的污染物會滯留在被損傷的凹痕里，在海水的作用下形成電化學腐蝕，使B30管的損傷處越來越薄，以至*后破裂。因此制訂了具體要求，即要求制造廠按技術要求進行生產、安裝和運輸，盡量避免此類事情發(fā)生。

    冷油器換熱管的接頭易脫開，經分析是脹管的質量問題。經大量嚴格的試驗及計算將脹管力控制在一定的范圍內，使脹管既能做到密封，又不使接頭處脫開，使管子保持在原強度范圍內，不致脹裂。

    3.3　橡膠軸承問題的解決

    原泵橡膠軸瓦的銅鑄件采用普通澆鑄，容易產生缺陷，合格率低；橡膠與銅鑄件的粘接技術不過關，容易產生橡膠在銅鑄件上的剝離，在產品檢查時，合格率低于50%。改進后銅鑄件采用離心澆鑄，鑄件的晶粒細，排列緊密，所有鑄件均一次鑄澆合格，因此，提高了鑄件質量。橡膠與銅鑄件的粘接也采用現代工藝配方及科學有效的生產管理，生產橡膠軸瓦的合格率提高到90%以上。

    原下端橡膠軸瓦水室的半徑為R3，現改為R8，冷卻水通流面積增加1.4167倍；原上端橡膠軸瓦水室半徑為R5，現改為R10，冷卻水通流面積增加1.28倍，這樣使橡膠軸瓦有更多的冷卻水進行冷卻、潤滑，避免被軸粘牢。
    3.4　潤滑油供應不足問題的解決

    對齒輪油泵的供油量及各軸承和齒輪傳動的耗油量逐項進行了計算，計算結果表明齒輪油泵的供油量正常。汽輪機上端軸承由于供油量不足而使軸承油溫偏高，是因軸承離油泵較遠，油管的通流面積偏小，導致管路損失增加所造成的，因此將上端軸承供油油管的直徑由Φ16改為Φ19。在試航中，上端軸承油溫始終處于正常范圍內。

    3.5　振動問題的解決

    經計算，汽輪機轉子的一階臨界轉速是13553r／min，臨界轉速的裕度是78.3%；循環(huán)泵轉子的一階臨界轉速是3029r／min，一階臨界轉速與*高工作轉速之比是3.833。通過計算表明：汽輪循環(huán)泵轉子的臨界轉速遠高于其*高工作轉速。由此說明：原泵軸系在轉速為260r／min時有一橫向振動共振峰值不是機組本身固有的共振頻率，而是由于機組的基礎不牢固或基礎剛性不夠所造成的。試車臺試車時實測，當循環(huán)泵轉速在250～300r／min時，機組振動值是0.03mm。在試車臺試車期間，2臺汽輪循環(huán)泵在各工況點均未出現共振現象。在試航時，左舷汽輪循環(huán)泵在工作區(qū)沒出現共振點，而右舷汽輪循環(huán)泵，轉速約為320～330r／min時，機組出現共振點，原因就是此臺機組基礎的剛性較差。解決的方法是：加強右舷汽輪循環(huán)泵基礎的剛性，或工作時盡量避開在該轉速下運行。

    對循環(huán)泵轉子、減速器轉子、汽輪機轉子提高或增加了動平衡試驗要求。原泵設計要求只對循環(huán)泵轉子上的工作輪做靜平衡試驗，轉子不做動、靜平衡試驗，改進設計后不僅要求工作輪做靜平衡試驗而且要求整個循環(huán)泵轉子(包括工作輪及其它附件)做靜平衡試驗和動平衡試驗。試驗結果顯示循環(huán)泵轉子的不平衡量較大，這會造成機組較大的，不必要的振動。原泵對減速器轉子只要求做靜平衡試驗，新的改進設計要求增加動平衡試驗，結果證明此試驗非常必要。對汽輪機轉子動平衡試驗允許不平衡量按現行標準進行計算，要求比原設計有很大提高，從34g／cm改為18.23g／cm。小編推薦消防增壓泵、消防穩(wěn)壓泵、消防主泵、消防高壓泵、噴淋泵、消防供水設備、消防供水、消防給水、消防供水系統、消防控制柜、消防控制箱、水泵控制柜、成套供水設備、環(huán)保工程、消防設備公司 、環(huán)保專用水泵及給排水設備上等產品供應商：上海市三星水泵廠 上海意海耐腐蝕泵制造有限公司 上海市新三星給排水設備有限公司 轉自：國際泵閥貿易網


    通過對三個轉子進行動平衡試驗，使汽輪循環(huán)泵整個機組的振動、噪音明顯降低。

    3.6　增設電動油泵

    過去汽輪循環(huán)泵在啟動時和停機時，都用人力手搖油泵給各需要潤滑的部件供油，此操作勞動強度較大?，F設計了一套電動油泵代替原手搖油泵，而原手搖油泵依然保留，作為電動油泵的備用油泵，這就大幅度降低了船員的體力勞動強度，深受工人和船員的歡迎。

    3.7　改進工藝提高產品質量

    3.7.1　對減速器的齒輪提出加工精度要求

    原減速器齒輪沒有加工精度等級要求，改進設計時，根據國家標準和哈汽廠現有的加工水平和能力，提出了減速器齒輪的加工精度要求。

    原泵為了達到減速器齒輪嚙合接觸斑點的要**通過特制的對研臺的對研來實現的，在改進設計中發(fā)現對研臺上的接觸斑點與機組實際的接觸斑點不一定重合，是不真實的，因此將一對嚙合齒輪在機組上嚙合，根據嚙合情況對齒輪進行配滾配磨，幾次配滾配磨、嚙合后的接觸斑點才是真實的，是真正在機組上的接觸斑點，這樣加工就保證了齒輪的加工精度。

    通過以上措施，陸試和航試中運行是平穩(wěn)的，噪音和振動顯著下降，因此說明該項設計要**正確可行的。
    3.7.2　提高循環(huán)泵二橡膠軸瓦瓦窩的加工精度

    循環(huán)泵上部橡膠軸瓦是安裝在循環(huán)泵泵殼上部，下部橡膠軸瓦安裝在**、**半導向器上，**、**半導向器安裝在循環(huán)泵殼的下部。改進前泵殼和**、**半導向器是分別加工的，因此循環(huán)泵二橡膠軸瓦瓦窩中心線容易產生誤差，精度難以保證，循環(huán)泵軸與二橡膠軸瓦的間隙不均勻，容易產生泵軸徑向不對稱偏移，增加橡膠軸瓦和軸的磨損或產生粘牢現象。

    改進設計中，重新設計了泵殼膛孔圖，要求先膛泵殼下部各孔及倒角和端面，然后不下機床，把加工完外圓的**、**半導向器和軸承蓋裝上，繼續(xù)鏜其余各孔和端面，包括上、下橡膠軸瓦的瓦窩，這樣就保證了上、下二橡膠軸瓦的中心線在同一軸線上，確保了實現圖紙的設計要求。

    在安裝循環(huán)泵時，二橡膠軸瓦對中一次成功，不必再多次刮瓦窩找中，既節(jié)約了安裝時間，又減輕了工人的勞動強度。

    汽輪循環(huán)泵的減速器軸和循環(huán)泵軸是用螺栓剛性連接，在連接時用千分表在各點測量，靠刮軸的端面來達到對中的要求，非常費時而且麻煩。改進設計時，在循環(huán)泵軸一端車出一個3mm的凸臺，在減速器軸一端車出一個3mm的凹臺階，二連接端面相對中心線都有垂直度要求，在兩軸連接時，以二凹凸臺為基準，對中非常容易，可以做到對中一次成功。

    3.7.3　循環(huán)泵工作輪采用數控機床加工

    循環(huán)泵工作輪是螺槳式的泵輪，葉片型線較復雜，原泵輪靠手工一點點用砂輪來磨，勞動強度大，工作環(huán)境差，費時費力，加工精度不易保證。這次采用數控機床進行工作輪粗加工和精加工，*后使用人工用砂輪、砂紙磨削達到*后尺寸和光潔度，這樣既省時又省力，精度完全滿足要求。

    4　結束語

    汽輪循環(huán)泵通過試車臺全負荷試車，全船的試航和近一年的航行運行，運行情況良好，完全符合規(guī)格書的要求，某些指標甚至高于規(guī)格書的要求。此改進設計達到了預期的效果。
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