船用汽輪循環(huán)泵的改進(jìn)設(shè)計(jì)
2018-09-19 17:37:01
船用汽輪循環(huán)泵主要由汽輪機(jī)、減速器和循環(huán)泵三大部件組成。汽輪機(jī)聯(lián)帶減速器驅(qū)動(dòng)循環(huán)水泵工作，將船外的海水吸入主冷凝器（類別：換熱設(shè)備）和主機(jī)滑油冷卻器使工質(zhì)冷卻。另外，當(dāng)機(jī)爐艙破損漏水時(shí)，該泵作為應(yīng)急排水泵，將船艙內(nèi)的積水排出船外。
汽輪機(jī)由轉(zhuǎn)子（rotor）和殼體組成，轉(zhuǎn)子安裝有葉片、減速器小齒輪及向各軸承(bearing)提供潤滑油的消防泵等部件。上海凱泉如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區(qū)比平原大氣壓力低，因此同一臺(tái)水泵在山區(qū)，特別是在高山區(qū)安裝時(shí)，其安裝高度應(yīng)降低，否則也不能吸上水來。殼體上裝有噴嘴箱、速關(guān)閥、第一輔助閥、第二輔助閥、隔板、汽輪機(jī)密封裝置、支持軸承和止推軸承等。
減速器亦由轉(zhuǎn)子（rotor）和殼體組成，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子（rotor）和殼體組成，轉(zhuǎn)子上安裝有泵輪(即工作輪)、橡膠支持軸承(bearing)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(dǎo)向器、第二半導(dǎo)向器、泵蓋、進(jìn)水部分等部件。
2 改進(jìn)設(shè)計(jì)的提出
2.1 原汽輪循環(huán)泵的汽輪機(jī)調(diào)速由速關(guān)閥控制一個(gè)噴嘴，第一輔助閥控制兩個(gè)噴嘴，通過這兩閥可以完成泵的各運(yùn)行工況。凱泉泵業(yè)由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，則可連續(xù)吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚(yáng)到高處或遠(yuǎn)方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用下，將水提向高處的。凱泉泵業(yè)開動(dòng)前，先將泵和進(jìn)水管灌滿水，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)后，在 葉輪高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力的作用下，葉輪流道里的水被甩向四周，壓入蝸殼，葉輪入口形成真空，水池的水在外界大氣壓力下沿吸水管被吸入補(bǔ)充了這個(gè)空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經(jīng)蝸殼而進(jìn)入出水管。第二輔助閥控制三個(gè)噴嘴，用于超負(fù)荷或當(dāng)汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)降低時(shí)打開使用，也可將它作為備用閥。由于上述三閥都是手動(dòng)閥，因而不僅工作量大，而且還難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。為了解(Find out)決該問題(Emerson)，將速關(guān)閥改為自控閥，增加調(diào)節(jié)閥的作用，另兩閥不改。經(jīng)過運(yùn)行發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)措施仍存在兩個(gè)問題：一是速關(guān)閥口徑較大，在小開度狀態(tài)下，很容易自動(dòng)關(guān)死;二是對閥門的控制較分散，當(dāng)船在倒車時(shí)，要手動(dòng)開啟一個(gè)輔助閥進(jìn)行控制，這樣就不能完全實(shí)現(xiàn)正、倒車的自動(dòng)控制，所以還需要再進(jìn)一步改進(jìn)。
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(gè)滑動(dòng)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(jìn)設(shè)計(jì)。
2.4 原汽輪機(jī)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(jìn)設(shè)計(jì)中得到改善。
2.5 根據(jù)設(shè)備(shèbèi)研制任務(wù)書所述：該泵在軸系轉(zhuǎn)速為260r/min時(shí)，發(fā)現(xiàn)一橫向振動(dòng)共振峰值（peak），而在其轉(zhuǎn)速下，同時(shí)發(fā)現(xiàn)泵軸振動(dòng)較強(qiáng)烈，使該泵難以正常工作，這需要在改進(jìn)設(shè)計(jì)中找出原因，予以解決。
2.6 為提高運(yùn)行性能，增加了電動(dòng)油泵(Deep well pump)，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)和停機(jī)后使用。上海凱泉如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區(qū)比平原大氣壓力低，因此同一臺(tái)水泵在山區(qū)，特別是在高山區(qū)安裝時(shí)，其安裝高度應(yīng)降低，否則也不能吸上水來。
2.7 另外，對某些部件的加工工藝需要改進(jìn)，以進(jìn)一步提高汽輪循環(huán)泵的運(yùn)行性能。
3 改進(jìn)設(shè)計(jì)
3.1 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的改進(jìn)設(shè)計(jì)
首先改進(jìn)設(shè)計(jì)了噴嘴箱，使原速關(guān)閥不再直接控制噴嘴，只起主汽閥和速關(guān)閥的作用，它能手動(dòng)開關(guān)和自動(dòng)、手動(dòng)速關(guān)，取消了其調(diào)速功能;原速關(guān)閥控制的一個(gè)噴嘴和第一輔助閥控制的兩個(gè)噴嘴由新設(shè)計(jì)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(使用材料：鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼等)控制。原第二輔助閥仍然保留，稱為輔助閥，作用不變。
新設(shè)計(jì)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥(使用材料：鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼等)由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(驅(qū)動(dòng)方式：回轉(zhuǎn)、多回轉(zhuǎn)、直行程)驅(qū)動(dòng)，通過變速齒輪減速，由大小閥組合的閥門(功能：截止、導(dǎo)流、穩(wěn)壓、分流等)的閥桿作水平方向移動(dòng)，使閥門開閉，起到調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量的作用。上海凱泉由于葉輪進(jìn)口不可能形成絕對真空，因此離心泵吸水高度不能超過10米，加上水流經(jīng)吸水管路帶來的沿程損失，實(shí)際允許安裝高度（水泵軸線距吸入水面的高度）遠(yuǎn)小于10米。在小開度進(jìn)汽時(shí)，小閥優(yōu)越的調(diào)控（釋義：調(diào)節(jié)、控制）能力得以充分發(fā)揮。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)有就地手輪，可以就地手動(dòng)控制（control)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，還設(shè)有電控箱，可以遠(yuǎn)距離電控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，也可以通過集控室的微機(jī)對電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動(dòng)控制。該電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)控功能可完全滿足主汽輪機(jī)組正、倒車各工況的要求，因此汽輪循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)、運(yùn)行和停機(jī)的自動(dòng)化。
3.2 冷油器換熱管問題(Emerson)的解決
首先對冷油器換熱管容易破損的原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為主要原因是由于B30管在生產(chǎn)加工、安裝過程(guò chéng)及運(yùn)輸過程中與其它零部件磨擦、撞擊、碰傷，在安裝后運(yùn)行中與海水長期接觸，海水的污染物會(huì)滯留在被損傷的凹痕里，在海水的作用下形成電化學(xué)腐化侵蝕 ，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(shù)要求進(jìn)行生產(chǎn)、安裝和運(yùn)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(jīng)分析是脹管的質(zhì)量問題。經(jīng)大量嚴(yán)格的試驗(yàn)及計(jì)算將脹管力控制（control)在一定的范圍(fàn wéi)內(nèi)，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(qiáng)度范圍內(nèi)，不致脹裂。
3.3 橡膠軸承問題(Emerson)的解決
原泵橡膠(Rubber)軸瓦（bearing shell）的銅鑄件采用普通澆鑄，容易產(chǎn)生缺陷，合格率低;橡膠與銅鑄件的粘接技術(shù)不過關(guān)，容易產(chǎn)生橡膠在銅鑄件上的剝離，在產(chǎn)品檢查時(shí)，合格率低于50%。改進(jìn)后銅鑄件采用離心澆鑄，鑄件的晶粒細(xì)，排列緊密，所有鑄件均一次鑄澆合格，因此，提高了鑄件質(zhì)量。橡膠與銅鑄件的粘接也采用現(xiàn)代工藝配方及科學(xué)有效的生產(chǎn)管理(guǎn lǐ)，生產(chǎn)橡膠軸瓦的合格率提高到90%以上。
原下端橡膠軸瓦（bearing shell）水室的半徑為R3，現(xiàn)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(xiàn)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(jìn)行冷卻、潤滑，避免被軸粘牢。
3.4 潤滑油(Lubricating oil)供應(yīng)不足問題的解決
對消防泵的供油量及各軸承和齒輪傳動(dòng)的耗油量逐項(xiàng)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明消防泵的供油量正常。汽輪機(jī)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(Deep well pump)較遠(yuǎn)，油管的通流面積偏小，導(dǎo)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(nèi)。
3.5 振動(dòng)問題的解決
經(jīng)計(jì)算，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子（rotor）的一階臨界轉(zhuǎn)速是13