1、08第八章 给水系统第1章 给水系统1.1. 概述给水系统是指从除氧器出口到锅炉省煤器入口的全部设备及其管道系统。给水系统的主要功能是将除氧器水箱中的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器进一步加热后达到锅炉给水的要求，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉的给水。此外，给水系统还向锅炉过热器的一、二级减温器、再热器的减温器以及汽机高压旁路装置的减温器提供高压减温水，用于调节上述设备的出口蒸汽温度。1.2. 系统组成及特点给水系统的主要设备给水泵及其前置泵、# 1、#2、#3号高压加热器、阀门、滤网等设备。给水泵是汽轮机的重要辅助设备，它将旋转机械能转变为给水的压力热能和动能，向锅炉提供所需要求的压
2、力的给水。随着机组向大容量、高参数方向发展，对给水泵的工作性能和调节提出愈来愈高的要求。为适应机组滑压运行、提高机组运行的经济性，大型机组的给水调节采用变速方式，从而避免了调节阀产生的节流损失。为减少厂用电消耗，提供机组的电力输出，大型机组的给水系统通常配置两台汽动给水泵（简称汽泵），作为正常运行时供给锅炉额定出力要求的给水，另配一台电动给水泵（简称电泵），作为机组启动泵和正常运行备用泵。为提高除氧器在滑压运行时的经济性，同时又确保给水泵的运行安全，通常在给水泵前加设一台低速前置泵，与给水泵串联运行。由于前置泵的工作转速较低，所需的泵进口倒灌高度（即汽蚀裕量）较小，从而降低了除氧器的安装高度，
3、节省了主场房的建设费用；并且给水经前置泵升压后，其出水压头高于给水泵所需的有限汽蚀裕量和在小流量下的附加汽化压头，有效地防止给水泵的汽蚀。我公司的机组给水系统主要包括两台50容量的汽动给水泵及其前置泵，驱动小汽轮机及其前置泵驱动电机，35容量的电动给水泵、液力偶合器、前置泵及其驱动电机，# 1、#2、#3号高压加热器、阀门、滤网等设备以及管道组成。 图1 给水系统流程图图1. 是机组给水系统流程，除氧器水箱的给水经粗滤网下降到前置泵的入口，前置泵升压后的给水经精滤网进入给水泵的进口，给水泵的中间抽头（汽泵的第二级、电泵的第四级）引出的给水供锅炉再热器的喷水减温器，给水泵的出水经逆止阀依次进入#
4、 3、#2、#1号高压加热器，给水泵的出水母管还引出一路给水供高旁的减温水，在#1号高加出口、省煤器进口的给水管路上设有电动闸阀，为了满足机组启动初期锅炉给水的调节，给水管路配有不小于15%BMCR容量的启动旁路，旁路管道上设有气动调节阀，在省煤器进口的给水管路（电动闸阀之后）引出给水供锅炉过热器的喷水减温器。给水管道按工作压力划分，从除氧器水箱出口到前置泵进口管道，称为低压给水管道；从前置泵出口到锅炉给水泵入口管道，称为中压给水管道；从给水泵出口到锅炉省煤器入口的管道，称为高压给水管道。三台高压加热器采用电动关断阀大旁路系统，当任何一台高加故障切除时，三台高加要同时退出，这时机组仍能带额定负
5、荷，具有系统简单、阀门少、减少设备投资以及运行维护方便等优点。在给水泵出口逆止阀前的给水管道上接出至带有开关型最小流量再循环装置的给水泵再循环管道，以满足给水泵最小流量的要求；再循环管道接至除氧器。最小流量装置包括：再循环阀、截止阀以及流量测量装置。给水泵汽轮机为杭州汽轮机厂引进西门子技术生产的NK63/71 型汽轮机，为单缸、单流、单轴、反动式、纯凝汽、冷端外切换式汽轮机。 正常工作汽源来自主汽轮机四级抽汽，备用汽源来自主汽轮机高压缸排汽，当主汽轮机负荷降至40%以下时，正常工作汽源压力便不能满足汽轮机驱动给水泵的要求，此时调节器自动地将汽源从工作汽源无扰动地切换到备用汽源（冷段），并在此工
6、况下运行。当主机负荷重新上升达到给水泵小汽机汽源要求时，调节器又能自动地将汽源切换到工作汽源。小汽机排汽进入主凝汽器。机组正常运行时，两台汽动给水泵并联运行，单台给水泵可供给锅炉55%BMCR的给水量；当一台汽动泵因事故停运时，另一台汽动泵和电动调速给水泵并联运行可保证机组在THA工况下的给水量。给水泵的轴端密封采用迷宫密封，来自凝水泵的凝结水经滤网和压力调节阀后，注入密封腔室中，密封水的回水有两路，分别为有压回水（进入前置泵入口）和无压回水（进入凝汽器）。1.3. 汽动给水泵组汽动给水泵组的驱动方式及配套型式为：前置泵由前置泵电动机单独驱动，给水泵由小汽轮机驱动。给水泵的润滑油由小汽轮机润滑
7、油系统供应，前置泵采用稀油润滑的滚动轴承而不另设油系统。汽动给水泵的前置泵进口管道上设有化学清洗接口、电动闸阀、小汽机密封水有压回水管道接口、化学加药管道以及滤网。化学清洗接口用于机组启动前给水管道的清洗，通过清洗清除金内表面上所有疏松的残渣、油渍、氧化皮、铁锈、焊渣等各种杂物，防止滤网造成严重堵塞影响系统正常运行；汽动给水泵密封水有压回水管道是为了回收给水泵密封水及泵体部分高压漏水；为了给系统提供合格的给水水质，给水管道特设有加氨、联氨，加氧的加药管道；滤网设有放水门，当前置泵入口滤网前后压差达到0.06MPa时，发出差压高报警信号。汽动给水泵进口处管道上设有测量流量的流量测量装置和滤网。当
8、滤网前后压差达到0.06MPa时，发出差压高报警信号；汽动给水泵的出口管道上装有止回阀和电动闸阀，止回阀和泵出口之间的管道上装有最小流量再循环管，汽动给水泵出口给水经电动阀门调节后进入除氧器水箱，保证汽动给水泵能够有一最小流量流过泵体，避免造成泵的汽蚀。1.3.1. 汽动给水泵前置泵我公司的汽动给水泵前置泵是上海电力修造总厂生产的FA1D67型离心泵，为水平、单级轴向分开式，具有一支撑在近中心线的壳体以允许轴向和径向自由膨胀，从而保持对轴线中心一致。泵整体安装在装有适合的排水装置的刚性结构的泵座上。前置泵主要由泵壳、叶轮、轴、叶轮密封环、轴承、轴、联轴器及泵座等部件组成。主要技术规范：序号参数
9、名称单位额定工况点最大工况点单泵最小点（保证效率点）1进水压力MPa(a)1.3091.3001.3092流量t/h961.61064.9240.43扬程m1511481624转速rpm1490149014905必须汽蚀余量m4.24.636泵的效率%82.583.5527轴功率kW4795142038泵出口压力MPa2.612.572.79设计水温185.58186.67185.5810正常轴承振动值mm0.0511旋转方向顺时针(从传动端向自由端看)12轴承形式滑动轴承 + 推力轴承13驱动方式电机驱动图3汽动给水泵前置泵示意壳体为高质量的碳钢铸件，是双蜗壳型、水平中心线分开、进出口水管在
10、壳体下半部结构。设计成双蜗壳的目的时为了平衡泵在运行时的径向力，因为径向力的产生对泵的工作极为不利，使泵产生较大的挠度，甚至导致密封环、套筒发生摩擦而损坏；同时径向力对于转动的泵轴来说使一个交变的载荷，容易使轴因疲劳而损坏。壳体水平中分结合面上装有压紧的石棉纸柏垫。壳体通过一与其浇铸在一起的泵脚，支撑在箱式结构钢焊接的泵座上，壳体和泵座的接合面接近轴的中心线，而键的配置可保持纵向与横向的对中以适合热膨胀。壳体上盖设有排气阀。叶轮是双吸式不锈钢铸件，精密加工制造而成，流道表面光滑并经过动平衡校验以保证较高的通流效率。双吸式结构可降低泵的进口流速，使其在较低的进口静压头下也不发生汽蚀；同时保证叶轮
11、的轴向力基本平衡稳定运行。叶轮由键固定在轴上，轴向位置是由其两端轮毂的螺母所确定，这种布置使得叶轮能定位在涡壳的中心线上。叶轮密封环用于减少泄漏量，安装于壳体腔内由防转动定位销定位。汽动给水泵前置泵轴承采用滚动轴承，润滑方式为稀油润滑并装有冷却水室及温度测点。轴承安装于与泵壳体端部牢固连接的轴承支架上。泵体装有平衡型机械密封，由弹簧支撑的动环和水冷却的静环所组成，机械密封工作时，在动环和静环之间形成一层液膜，而液膜必须保持一定的厚度才能使机械密封有效地吸收摩擦热，否则动静间的液膜会发生汽化，造成部件老化、变形，影响使用寿命和密封效果。为此分开的填料箱设有一套水冷系统，将来自机组的闭式冷却水输送
12、至密封腔内，直接冲洗、冷却密封端面，从而使机械密封旋转部分周围温度较低。1.3.2. 前置泵电动机1.3.3. 汽动给水泵我公司的汽动主给水泵是上海电力修造总厂有限公司生产的FK4E39-S型离心泵，为卧式、水平、四级筒体式离心泵；泵的芯包从英国WEIR公司原装进口。汽泵主要由泵的芯包、内外泵壳、水力部件、中间抽头、平衡装置、轴承、轴封以及泵座等部件组成。主要技术规范：序号参数名称单位额定工况点最大工况点单泵最小点（保证效率点）1进水压力MPa(a)2.612.572.72入口流量t/h961.61064.9240.43扬程m3118318936504转速rpm5710588557105必须汽
13、蚀余量m5867256泵的效率%84.585447抽头流量t/h324008抽头压力MPa16.0716.2809轴功率（含抽头功率）kW950810682543110主泵出口流量t/h929.61024.9204.411主泵出口压力MPa29.55330.03334.2212设计水温185.58186.67185.5813泵体设计/试验压力MPa37/55.514关闭压头m37303770373015正常轴承振动值mm0.0316旋转方向顺时针(从传动端向自由端看)17轴承形式滑动轴承+推力轴承18驱动方式小汽轮机驱动(与给水泵同轴驱动)图2汽动给水泵的结构示意图汽泵的转子是WEIR公司生产
14、的刚性转子，具有极高的机械可靠性，避免发生振动超限或内部碰磨现象；另外由于采用刚性转子汽动给水泵无须设暖泵系统，只需在启动泵之前先开启前置泵15分钟即可。WEIR公司的刚性转子特点如下：A、泵输送液体介质过程中的最低临界转速超过最大运行转速的130；B、即使泵内部运行间隙磨损到设计值的两倍时，泵输送液体介质过程中的最低临界转速也不会降至最大运行转速120以下；C、标准的轴扭转剪切应力按照保守设计，不会超过60 N/mm2。泵轴为马氏体不锈钢锻件，经粗加工、热处理、磨削和精磨加工，径向轴承档镀以铬层以防止咬轴，轴上所有螺纹用单头刀具按高标准加工成形，所有截面变化处和螺纹尾部都采用圆角过渡，所有热
15、处理都在轴垂直放置时进行，避免发生热变形。外泵壳主要由泵筒体、端盖及进、出口水管等组成。泵由进口侧泵脚下的一对横向键轴向定位在联轴器端，筒体下另有一轴向键。这种布置，使泵能在所有温度情况下保持与驱动机械的对中性，并将管道载荷传递到泵座上。在泵脚与泵座间的键连接部位装有铜质滑块，从而保证能自由地热膨胀和良好的接触。筒体为具有良好焊接性能的锰钢锻件，进出口支管同样采用锰钢锻件焊接在筒体上，这样设计可以在泵需要检修时方便拆装。大端盖是锰钢锻件，通过止口与末级导叶套接。在大端盖和筒体之间有一密封垫形成一高效的密封，密封垫为不锈钢石棉缠绕垫，这个密封垫嵌在筒体的凹槽内并通过大端盖面上的凸缘定位，这种结构
16、方式确保大端盖和筒体的面与面接触并在密封垫上产生紧力。选择这种材料所制造的弹性密封垫，可以进一步防止由于密封面一部分表面受损所引起的泄漏，降低密封比压系数特性，从而降低大端盖螺栓载荷。大端盖螺栓借助于液压装置张紧，液压装置能给予螺栓精确地加载，使大端盖发生变形的可能性减至最低；大端盖与筒体的结合面高度光洁，最内一级内泵壳与筒体之间装有垫圈，该垫圈为镀铜钢圈，二面都加工到很好的光洁度并经研磨，可以防止发生碰磨、卡涩现象。内泵壳选用耐腐蚀和冲蚀的13铬钢，相邻内泵壳间的接口为金属对金属式，相对的配合面都加工到高的光洁度并经研磨。导叶环同样是13的铬钢，各级导叶内定位销定位于前级泵壳上。各级间销子都
17、是全封闭式，不与泵送液体相接触，如果出现销子失效或松动，销子不会从泵出口处排出。每个内泵壳和导叶的内孔上都装有可更换的磨损环，末级导叶和出口大端盖间的碟型弹簧在组装和停机时给结合面提供足够的静压力，并允许内部组件自由膨胀，当泵运行时，水压建立，从而保证结合面严实的密封。每个磨损环内孔都加工有一组浅的平行槽，这种形式使其能保持光滑衬套的水力刚度，同时大大地减少泄漏，不需要其它复杂的防泄漏装置。筒体内所有受高速水流冲击的区域都堆焊以奥氏体不锈钢层以防止冲蚀。所有接合面也是用同样的方法加以保护。泵中所用的叶轮和导叶均为13%铬不锈钢精密浇铸，流道采用陶瓷芯法成型，由此而获得高的表面光洁度和强度、高精
18、度和高重复性的叶形，以保证具有非常高的流通效率。叶轮上不装磨损环，但在其易磨部位留有足够的金属以备万一运行磨损时可车去并配上环。叶轮和静磨损环采用不同硬度的材料，叶轮的硬度为235-321VPN，静磨损环为380-430VPN。叶轮轴向由卡环定位，卡环为两片式嵌在轴上，卡环定位在叶轮的凹糟内以防其转动时飞出。叶轮在轮毂位置热套在轴上以固定叶轮并起到叶轮的级间密封，扭矩是由与之相配的键传递。选用键槽的最小内圆角保证最大应力集中系数为3.0。在泵的第二级上设有一中间抽头，为再热器减温装置提供减温水。中间抽头是单管结构，抽头水从筒体壁上的径向孔流出。从内泵壳到外部管路之间的连接管材料采用不锈钢，并且
19、连接管外端的法兰夹在筒体外壁与外部管路端的法兰之间，借助于挠性金属垫来实现密封。在抽头连管内部，连接管在内泵壳径向孔处密封，虽然结构简单，但必须考虑由下列因素而引起的内泵壳和筒体间的中心位置误差：A、芯包互换引起的角度和轴向误差；B、芯包和筒体间的温差引起的轴向和径向误差；C、泵冷态启动开始变热或由于冷水通过引起抽头连接管自身的轴向膨胀、收缩；D、泵停转后零部件不均匀的冷却引起的芯包与筒体间的微量随机性偏移。泵的水力平衡装置为单平衡鼓装置配合推力轴承形成的平衡机构，平衡鼓装在轴的末级叶轮后面，推力轴承采用大容量双向轴承，可以承受非设计工况下的附加推力和反向推力。平衡鼓在固定于大端盖上的节流衬套
20、内旋转，与节流衬套形成一圆环形径向间隙，高压液体通过该间隙泄漏，在平衡鼓前后形成不同的压力，由这个压力差来产生平衡力平衡部分轴向推力。由于结构原因发生轴向位移时，平衡鼓装置不会与其外部节流衬套发生摩擦和咬死现象，但它不能完全平衡轴向推力，剩余推力由加装的推力轴承承受。平衡鼓压装在轴上，轴向由轴肩定位，并在低压侧由一平衡螺母锁定。平衡鼓与轴的密封通过铅箔垫圈和衬圈实现。平衡鼓用不锈钢锻件制造，在节流衬套内转动。节流衬套材料进行特别选择，以保持其与平衡鼓的硬度差与叶轮及其衬套间的硬度差相同。节流衬套内孔上加工有一组浅的平衡槽，这种结构能保持光滑衬套的水力刚度，同时大大地减少泄漏而不需要另设其它复杂
21、的防泄漏装置。径向轴承：泵轴是由一对普通圆柱型径向滑动轴承所支承，轴承为巴氏合金内衬强制油润滑型，润滑油来自主润滑油系统。轴承由轴承压盖固定，轴承压盖由螺栓固定在下半部轴承支架上。当上半部轴承支架装上后，整个轴承支架形成一360的法兰支承面直接连在进口端盖或大端盖上。整个组件由销子定位，以保证能精确地重新组装，在大修时，轴承与轴可在原位一起拆卸。自位瓦块式推力轴承：自位瓦块式推力轴承对两个方向的推力载荷具有相同的承受容量，适用于正反两个方面的旋转。推力环组件由支承环组成，瓦块均匀分布于支承环上各单独的定位件之间，瓦块外径嵌在支承环的法兰内，瓦块通过定位件的头部嵌在其两侧的凹槽内定位，使得工作时
22、瓦块能自由倾斜但不会掉下来。推力轴承安装在一轴向中分的轴承腔内，该腔体在自由端轴承支架上，而轴承支架本身也是轴向中分的。这种布置有下列优点：A、推力盘可在轴承支架未装上前就装在轴上，使得能精确地检查内侧（承载侧）面的飘偏和轴向定位；B、只需简单地拆下上半部轴承腔体，就可以目检推力轴承组件，因此，可就地拆卸、检查和更换瓦块而不用拆下推力盘，这样大大减小这一关键部件错装的可能性。给水泵装有固定衬套注射密封水卸荷型迷宫密封，迷宫密封是一种非接触密封，动静间部存在接触磨损，具有极高的运行可靠性，保证泵在运行时密封水不进入泵体而泵输送液体也不会泄漏出来。迷宫密封的使用寿命可达到六年以上。凝结水注射到密封
23、腔内向泵送水方向流去，在卸荷环内与外漏的泵输送水相遇，通过管道将之接至前置泵入口形成汽动给水泵卸荷水，只要密封水压力保持高于前置泵入口压力0.1MPa，就不会从密封腔里漏出热水。还有一些密封水沿着迷宫密封泄漏至U形管回收到凝汽器热井。当泵处于静止状态，来自凝结水系统的密封水压力略高于泵入口压力，冷的凝结水进入泵内帮助泵更快地冷却，这样可防止热分层而造成的变形。泵座是中空型钢的焊接结构件，布置成在中心线处支承泵体。1.4. 电动给水泵组电动泵组的驱动方式及配套型式为：前置泵由电动机的一端直接驱动，给水泵由电机另一端通过液力偶合器驱动；它们之间由叠片式挠性联轴器连接。电动给水泵前置泵进口管道上设有
24、化学清洗接口、电动闸阀、化学加药管道及滤网。电动给水泵通过液力偶合器与电动机相连，其入口管道上装有测量流量的流量测量装置和滤网，电泵出口管道装有止回阀和电动闸阀，在泵与止回阀之间管道上设有最小流量再循环管，其出口给水经电动阀门进入除氧器水箱，保证电动给水泵能够维持最小流量工况运行而不造成泵体汽蚀。给水泵和前置泵的轴承润滑油由液力偶合器润滑油系统供应。1.4.1. 电动给水泵前置泵我公司的电动给水泵前置泵也是上海电力修造总厂有限公司生产的FA1D56型离心泵，其本体结构性能与汽动给水泵基本相同，同样也是水平、单级轴向分开式低速离心泵，内衬巴氏合金的径向轴承，自由端装有自位瓦块式双向推力轴承，采用
25、压力油润滑，通过具有柔性与刚性兼有的金属迭片式联轴器与电机相连，主要技术规范：序号参数名称单位额定工况点最大工况点单泵最小点（保证效率点）1进水压力MPa(a)1.321.3561.322流量t/h（m3/h）715.5（810）749.5（851）179（202.5）3扬程m95881124转速rpm1490149014905必须汽蚀余量m4.84.92.56泵的效率%8281.5527轴功率kW2252201058出口压力MPa2.142.112.299设计水温184.15185.58184.1510泵体设计/试验压力MPa4/64/64/611设计工况关闭压头m11311311312制动
26、功率kW22522010513轴承座振动保证值mm0.050.050.0514旋转方向顺时针(从传动端向自由端看)15轴承形式滑动轴承+推力轴承16驱动方式电动机(与给水泵同轴驱动)1.4.2. 电动给水泵电动给水泵即电动启动给水泵，是汽动给水泵的备用泵，在机组启动阶段向锅炉输送高压给水，满足机组启动初期给水的需要；在机组正常运行期间，一旦汽动给水泵发生故障退出运行，电动给水泵作为备用泵投入运行，维持机组正常运行。我公司的电动给水泵是上海电力修造总厂有限公司生产的FK6F32-S型离心泵，为卧式、水平、六级筒体式离心泵；泵的芯包从英国WEIR公司原装进口。其本体结构性能与汽动给水泵基本相同，电
27、泵也主要由泵的芯包、内外泵壳、水力部件、中间抽头、平衡装置、轴承、轴封以及泵座等部件组成。其结构如图4所示。主要技术规范：序号参数名称单位额定工况点最大工况点单泵最小点（保证效率点）1进水压力MPa(a)2.142.112.292入口流量t/h715.5749.51793扬程m3123.93144.834504转速rpm5995606059955必须汽蚀余量m4445246泵的效率%8282.5347抽头流量t/h323208抽头压力MPa11.1511.2609轴功率（含抽头功率）kW72047563492910主泵出口流量t/h683.3717.517911主泵出口压力MPa29.1942
28、9.28732.1412设计水温184.15185.58184.1513泵体压力/试验压力MPa35/52.514关闭压头m36903775369015正常轴承振动值mm0.0316旋转方向顺时针(从传动端向自由端看)17轴承形式滑动轴承+推力轴承18驱动方式电机驱动图4电动给水泵结构示意图1.4.3. 液力偶合器液力偶合器作为节能设备，可以实现无极变速运行，工作可靠操作简便，调节灵活维修方便。采用液力偶合器便于实现工作机全程自动调节，以适应载荷的不断变化，可以节约大量电能，广泛适用于电力、冶金、石化、工程机械等领域。液力偶合器是借助液体为介质传递功率的一种动力传递装置，具有平稳地改变扭转力矩
29、和角速度的能力。在电动给水泵中液力偶合器具有高转速、功率大、调速灵敏等特点，能使电动给水泵在接近空载下平稳、无冲击地启动，这样允许选用功率较小的电动机节约电能；实现无极变速便于实现给水系统自动调节，使给水泵能够适应主汽轮机和锅炉的滑压变负荷运行的需要，一般在机组负荷率低于7080时可以显现良好的节能效益。此外，采用液力偶合器可以减少轴系扭振和隔离载荷振动，且能起到过负荷保护的作用，提高运行的安全性和可靠性，延长设备的使用寿命。图6 液力偶合器原理图液力偶合器主要由主动轴、泵轮、涡轮、旋转内套、勺管和从动轴等组成。如图6所示，其中泵轮和涡轮分别套装在位于同一轴线的主、被动轴上，泵轮和涡轮的内腔室相对安装，两者相对端面间留有一窄缝；泵轮和涡轮的环形腔室中装有许多径向叶片，将其分隔成许多小腔室；在泵轮的内侧端面设有进油通道，压力油从供油室喷出经泵轮上的进油通道进入泵轮的工作腔室。在主动轴旋转时，泵轮腔室中的工作油在离心力的作用下产生对泵轮的径向流动，在泵轮的出口边缘形成冲向涡轮的高速油流，高速油流在涡轮腔室中撞击在叶片上改变方向，一部分油由涡轮外缘的泄油通道排出，另一部分回流到泵轮的进口，这样在泵轮和涡轮工作腔室中形成油流循环。在油循环中，泵轮将输入的机械能转变为油流的动能和压力势能，涡轮则将油流的动能和压力势能转变为输出的机械能，从而实现主动轴与从动轴之间能量
