龚桂华
上海上电电力工程有限公司 上海 200090
摘要：锅炉给水泵是电厂的重要辅机之一，随着机组容量的增大，为了保证机组的安全可靠和经济合理运行，对给水泵稳定运行更加自关重要，而平衡盘失效导致振动等则为常见故障，给水泵振动从而退出运行，故平衡盘设计和密封等尤为重要。
关键词：给水泵；平衡盘；振动；动态稳定性；临界转速；原理
从锅炉给水泵的事故统计来看，其中振动因平衡机构因素所导致的比例是较大的，为了有效的预防，特别是平衡机构动态稳定性尤为重要，以下对此问题作几方面的述说。
一．临界转速对振动的影响
当泵的转速升高到某一定值时会出现不稳定状态开始发生振动，振幅随转速升高而增大，但转速到达某一定值时，振动现象即消失。如果再继续升速至某一速度值，又会出现振动，因此，我们一般将第一次出现的最大振幅时的速度，称为第一临界转速。第二次出现的转速称为第二临界转速。但大多数的泵的运转速度都处在第一临界转速前后。定速泵（h≤3000rpm）由于叶轮级数多，支承间距大，为了降低泵转子造价，都采用额定转速大于第一临界转速的，所谓“挠性转子”，此类转子的轴较细，对泵的抗汽蚀性能和水力效率较为有利，但是对转子的额定转速要求至少大于在空气中测得的第一临界转速的20%。在任何工况条件下（含干转条件）不应有由于临界转速带来很大的动挠度，致使转子动静碰磨。
在任何工况条件下，转子的刚度应该承受复杂的作用力，不会使转子动静碰磨。这就引进了一个刚性转子的概念，也就是讲：转子的实际转速是在第一临界转速之下，把转子的不平衡看作固有量，与转速无关，当然也须考虑到驱动机械轴系临界转速的问题。要求泵转子的最大运转速度应大于转子在水中的临界转速的20%为好，但是泵转子在水中受的阻尼作用，它的动静部件间隙较小，在运转起着水力轴承作用，形成隐态跨距，大大地缩短了两侧轴承的支承跨距，提高了转子的刚度，这就是泵与其它机械转子振动的区分之处。
二．泵内部转各间隙对振动的影响
1).间隙中的水动力
泵内各间隙：当水流通过时，这些介质就象轴承那样承托着转子，在泵转子存在挠度的情况下，因重心偏移理想的旋转中心，就会诱发强迫振动，又因振动引起的间隙中的磨擦力的变化，又会产生一个与偏心作用力相反方向的水动力，正是这个水动力可促使偏心方向，向理想中心复回，达到减振作用。
2)密封环的形式
给水泵采用的直密封单缝隙密封是普遍采用的一种是较好的密封形式，泵轴采用2Cr13材质，但其抗挠强度比采用40CrV材质相比较要低近20%，也就是讲其转子刚度是较低的，自然转子的静挠度也是较大的，那么就提出了对密封间隙与有效长度及表面形状有一个较高的要求，即当较小的间隙就会产生碰磨的危险。目前普遍给水泵的密封环、导叶套上均开制了等距栅槽，这虽然对提高泵的容积效率及提高密封两侧压差有利，客观上是缩短了在有效间隙下的密封长度。但对产生隐态轴承的支撑力及获得较大的水动力不利。
3)零部件加工、装配的影响
前面讲了，泵的可靠性与转子的动静间隙的关系，是否可以讲，在满足部件加工、装配及泵体主轴材质的机械性能，减小转子在运转条件下的动挠度，尽量缩小密封间隙对泵的运转稳定性是有利的，另外在此间隙下，密封环、导叶套四周间隙的均称性也是十分重要的，二者缺一不可。如果间隙四周不均称，此时通过间隙的泄漏量是在同一间隙下3-4倍，换句话讲，此时泵的容积效率是大幅下降的，同时在小间隙部位还会产生碰磨。
三．平衡盘的动态恢复力
多级泵在运转中心然要产生一个轴向推力（除叶轮对称布置的形式），此轴向力须有一个反方向的力加以平衡，才能使泵能正常运转。
如下图所示：平衡盘第一间隙（a）压差（ΔP1=P3－P4），平衡盘第二间隙（b）压差（ΔP2=P4－P5），此时平衡盘平衡力A应随时等于轴向力F。
F≈π/4（D12－d2）(P2－P1)
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当工况波动或改变时，末级叶轮出水压力P2将改变，随之转子的轴向力F也改变，此时当平衡盘上的平衡力A还未适应时，转子必然要窜动。
如果F＞A时，转子要向吸入侧移动，此时第二间隙（b）减小，ΔP2会增大，P4压力升高，平衡力A也就加大，使转子向吐出侧推动，在这一暂态过程中，转子是有惯性的，不能十分精确的到达某一平衡位置并稳住，而是要经过数次左右移动逐步使惯性衰减后，才能稳定的停留在平衡位置上。如此数次的穿梭，在此过程中，一旦动静接触，就造成了低频窜振的现象，导致平衡盘推力面磨损，直至威胁到泵的正常运转。所以要减少惯性穿梭的幅度，就必须在转子一离开平衡位置，就有一个很大的恢复平衡的附加力产生，并迅速地作出响应，也就是动态恢复力，它是瞬间平衡力大于轴向力的附加差值。其值的大小直接影响到平衡力对轴向力发生变化时的响应速度的快慢。
q=π×dbm×a×Ф（2g×ΔP1×104/r）1/2 (M3/S)
式中：dbm－轮毂直径；（m）
a－径向间隙；（m）
Ф－流速系数；
r—介质密度 （Kg/M3）
g—9.81M/S2
上式可见：在一定的间隙“a”时，ΔP1与泄漏量q的平方成正比，当平衡盘向吸入侧移动时，泄漏量将随着第二间隙“b”的减小而减少，设当减少50%时，则ΔP1就会减小为25%，如果此时平衡机构的压降不变（ΔP＝P3－P5），此时ΔP1就会大幅下降，而ΔP2随即大幅增加，其增加大的量越大，也就是动态恢复力越大，转子对此力响应的速度就越快。当然介质通过“a”间隙的压降ΔP1不能太大，这样会就使平衡盘直径增大，过大的动盘直径受工艺加工、装配中它的推力面对轴线垂直的要求的限制，从而迫使“b”间隙加大，导致动盘两侧差压减小（ΔP2），降低了平衡能力，所以一般将ΔP1控制在的60-65%左右为好。
通过上面对平衡机构的工作特性分析，应清楚地反映出一个准则：即平衡机构首先应保证有较大的动态恢复力，而不仅仅停留在考虑静态工况下的问题，才有较大的动态恢复力，才会有极高灵敏性来防止泵工况改变后，平衡盘的轴向碰磨，虽然时间是极为短暂的，但是它的磨损是与动静盘接触的次数与频率是成正比关系的。
综上所述，给水泵平衡机构动态恢复力，包含了所有转子的部件及配合间隙等，任何以上环节出现问题都会引起振动，从而破坏平很机构的作用，所以在设计、选材、间隙等要予以综合考虑，不能偏单一方，使给水泵在运行中起到安全、可靠、经济的状态。
参考文献 《现代给水泵》 关醒凡