1、船用汽輪循環泵的改進設計原理及效果1前言船用汽輪循環泵主要由汽輪機、減速器和循環泵三大部件組成。汽輪機聯帶減速器驅動循環水泵工作,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、第一輔助閥、第二輔助閥、隔板、汽輪機密封裝置、支持岢瀉橢雇浦岢械取?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。循環泵仍由轉子和殼體組成,轉子上安裝有泵輪(即工

2、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、第一半導向器、第二半導向器、泵蓋、進水部分等部件。2改進設計的提出2.1原汽輪循環泵的汽輪機調速由速關閥控制一個噴嘴,第一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。第二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,增加調節閥的作用,另兩閥不改。經過運行發現該項措施仍存在兩個問題:一是速關閥口徑較大,在小開度狀態下,很容易自動關死;二是對閥門的控制較分散,

3、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,發現一橫向振動共振峰值,而在其轉速下,同時發現泵軸振動較強烈,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

4、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泵的運行性能。3改進設計3.1電動調節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第一輔助閥控制的兩個噴嘴由新設計的電動調節閥控制。原第二輔助閥仍然保留,稱為輔助閥,作用不變。新設計的電動調節閥由電動執行機構驅動,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,起到調節汽輪機的進汽量的作用。在小開度進汽時,小閥優越的調控能力得以充分發揮。電動執行機構設有就地手輪,可以就地手動控制電動調節閥,

5、還設有電控箱,可以遠距離電控電動調節閥,也可以通過集控室的微機對電動調節閥進行自動控制。該電動調節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,以至最后破裂。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生。冷油器換熱管的接頭

6、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1.416 7倍

7、;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16改為19。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7 8.3%;循環泵轉子的一階臨界轉速是3029r/

8、min,一階臨界轉速與最高工作轉速之比是3.833。通過計算表明:汽輪循環泵轉子的臨界轉速遠高于其最高工作轉速。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,當循環泵轉速在250300r/min時,機組振動值是0.03m m。在試車臺試車期間,2臺汽輪循環泵在各工況點均未出現共振現象。在試航時,左舷汽輪循環泵在工作區沒出現共振點,而右舷汽輪循環泵,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:加強右舷汽輪循環泵基礎的剛性,或工作時盡

9、量避開在該轉速下運行。對循環泵轉子、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。通過對三個轉子進行動平衡試驗,使汽輪循環泵整個機組的振

10、動、噪音明顯降低。3.6增設電動油泵過去汽輪循環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。現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求是通過特制的對研臺的對研來實現的,在改進設計中發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

11、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的,噪音和振動顯著下降,因此說明該項設計要求是正確可行的。循環泵上部橡膠軸瓦是安裝在循環泵泵殼上部,下部橡膠軸瓦安裝在第一、第二半導向器上,第一、第二半導向器安裝在循環泵殼的下部。改進前泵殼和第一、第二半導向器是分別加工的,因此循環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

12、孔及倒角和端面,然后不下機床,把加工完外圓的第一、第二半導向器和軸承蓋裝上,繼續鏜其余各孔和端面,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,既節約了安裝時間,又減輕了工人的勞動強度。汽輪循環泵的減速器軸和循環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。循環泵工作輪是螺槳式的泵輪,葉片型線較