彭军
中国电建集团上海能源装备有限公司 上海市 200000
摘要：本文针对节段式锅炉给水泵的平衡盘容易磨损问题，从轴向平衡力的计算，平衡盘的选用，运行工况的分析等方面探讨了减小平衡盘磨损的经验方法，增加给水泵的运行寿命，避免了效率的降低。
0 引言
摩洛哥NoorII光热发电项目是由山东电建三公司总承包，锅炉给水泵型号为FT6U41M，数量为两用一备，结构为6级离心式节段泵，采用动静平衡盘加启停装置平衡轴向力的模式。从调试结束至发电运行期间多次发生动静平衡盘磨损故障，分析锅炉给水泵平衡盘磨损，保证电厂安全稳定运行显得重要性十足。
1 平衡盘式给水泵轴向平衡原理
1.1动静平衡盘的结构及工作原理
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平衡盘的结构及工作原理见图1，平衡盘低左侧压力等于末级叶轮经过轴套间隙中的压力，右侧与给水泵进口相同，压力等于锅炉给水泵进口压力。上述两个压力的压力差使得平衡盘受到一个与轴向力相反的力，大小与平衡盘的面积成正比。平衡盘的结构平衡了约90%的轴向力，剩下的10%由启停装置来平衡。
在平衡轴向力的过程中，平衡力小于轴向力的时候，转子会向左偏移，轴向间隙变小，内部水的阻力变大，泄露量减小，水经过轴套间隙的压力降也会变小，平衡盘的平衡力就会增大。随着转子向左偏移的过程中，平衡力呈现不断增大的趋势，最终和轴向力达到平衡。反之亦然，综上平衡盘平衡的结构使得转子在内部左右移动，自动调节平衡力的大小，使得其和轴向力平衡，达到稳定的状态。
1.2平衡盘磨损现象
根据现场收集的数据表1，在给水泵启机过程中多次出现超流量的瞬间，即给水泵的运行点超出了多转速曲线的允许运行范围见图2。在该运行情况下，会导致给水泵出口压力波动进而造成轴向力的突变，平衡盘无法建立有效的平衡力，导致动静平衡盘之间碰撞摩擦，长时间的磨损导致给水泵轴窜增大，超出了机械密封的承受范围，造成动静环磨损，泄漏量增大无法正常运行。
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在运行过程中，由于光热项目工况需要频繁变动或者启停，内部流道和密封环磨损，给水泵轴向力会发生变动，在达到平衡的过程是一个动态的平衡过程，这样过大的脉动会导致转子的不稳定，并使得动静平衡盘之间的垂直度大于轴向间隙时，动静平衡盘容易发生磨损。
1.3平衡力计算
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根据平衡力计算公式得出，轴向间隙减小时能产生较大的平衡力，能够减小转子的脉动，特别是在启机阶段，泵内的流量不稳定，并产生附加振动，造成给水泵轴向力突变，进而导致平衡盘摩擦且轴系承受突变应力，对泵的损伤比较大。
2 平衡盘磨损原因分析
2.1 启机过程中的流量突变
在Noor光热项目中，给水泵的启停状态视光照情况决定，当光照充足时，给水泵在额定转速下工作，当光照不足时，给水泵的转速也会相应降低，由项目的特点决定给水泵每天的启停次数非常多。
在启机过程中，给水泵系统启动时短时间内出现流量突变及超大流量，会导致给水泵出口压力波动，进而造成轴向力突变，流量突变时间内，平衡盘无法建立有效平衡力，导致动、静平衡盘碰磨，之后，轴系向传动端发生轴向窜动，机械密封损坏并泄露。由于平衡盘在此阶段无法建立有效平衡力，所以产生了极大残余轴向力，此力远远大于正常设计值，反复作用能够导致自由端螺纹轴断裂。
2.2 零件形状公差不合格
在给水泵设计制造过程中，动静平衡盘和轴套的制造精度要求较高，对于垂直度以及表面的粗糙度有着相当的要求。如果动静平衡盘之间的间隙不一致，在径向方向上受力不一致，使得平衡盘受到一定的剪切作用力，会造成平衡盘的倾斜，长期运行后，平衡盘磨损不均匀，且间隙过大，根据轴向力的计算公式得出，圆盘摩擦损失增大，泄漏量增大，泵的效率下降。
如果平衡盘的材料选择不当，动静平衡盘碰撞磨损后，会造成在启泵的过程中，动静平衡盘还未完全脱开，严重时造成的泵的抱死。
2.3 节流轴套的间隙过大
如果间隙增大将有助于动静平衡盘的脱开，避免碰撞磨损，但是这时候泄漏量增加，效率降低，试验表明如果间隙大于0.6后，泄露量太大，导致平衡水的量增大，无法及时排出。此时平衡盘左右的压差减小，平衡装置失效。
2.4 启停装置预紧力过小
在FT6U41M节断泵的自由端设置了启停装置用来平衡剩余的轴向力，并在启机过程中，将转子推向自由端，保证动静平衡盘留有一定的间隙，如果启停装置中的弹簧预紧力不够，将导致给水泵转子会被电机拉到传动端，增加了启机过程中动静平衡盘的碰撞次数，增加了平衡盘损坏的风险。
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3 平衡盘磨损解决方法
3.1 控制再循环阀的开度
再循环阀除了流量调节外，一个重要的功能是保护给水泵，在泵启动前，必须先开启再循环阀。当给水泵转速升高，出口建立一定压力时，主出口逆止阀被顶开，此时，出口主路流量逐步增加，再循环阀开度逐步减小，直到关闭。停机时，给水泵转速降低，再循环阀开启，出口主路流量减小，再循环阀开度增大，旁路流量增大，直到停泵。
通过控制再循环阀的开度，避免给水泵的运行点超出设计的流量范围之外，增加平衡盘的负担。在远离额定工况点的位置运行，除了不利于建立平衡力之外，泵的效率也相应地降低。
3.2 控制零件的加工精度
提高叶轮和平衡盘等水力部件的加工精度，避免平衡盘受到不必要的剪切力，造成平衡盘的磨损。对于动平衡盘和静平衡盘的表面进行硬度处理，提高两者的碰撞寿命，通过实验表明，提高动静平衡盘的表面硬度，其寿命将指数级提高。
3.3 增大平衡盘的直径
加大平衡盘外径尺寸，从而增加平衡盘的轴向力平衡能力，减小主轴承受的残余轴向力。如图4所示。
3.4 增加启停装置的弹簧强度
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增加启停装置中弹簧的数量或者强度，使得启机阶段转子能够向自由端偏移，减少动静平衡盘碰撞磨损。
4 结论
FT6U41M型节段泵采用的动静平衡盘结构在运行中如果没有控制好轴向力的平衡，容易导致平衡盘磨损，效率下降等问题，影响给水泵的使用寿命。从设计的角度做好平衡力的计算，提高加工安装精度以及在运行中控制给水泵启停时候的运行点显得尤为重要。
参考文献
[1] 关醒凡. 现代泵理论与设计[M]. 北京：中国宇航出版社，2011.
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