船用汽輪循環泵的改進設計
2018-09-19 17:37:01
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（類別：換熱設備）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（rotor）和殼體組成，轉子安裝有葉片、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，由于山區比平原大氣壓力低，因此同一臺水泵在山區，特別是在高山區安裝時，其安裝高度應降低，否則也不能吸上水來。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、支持軸承和止推軸承等。
減速器亦由轉子（rotor）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（rotor）和殼體組成，轉子上安裝有泵輪(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。凱泉泵業由此可見，若離心泵葉輪不斷旋轉，則可連續吸水、壓水，水便可源源不斷地從低處揚到高處或遠方。綜上所述，離心泵是由于在葉輪的高速旋轉所產生的離心力的作用下，將水提向高處的。凱泉泵業開動前，先將泵和進水管灌滿水，水泵運轉后，在 葉輪高速旋轉而產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充了這個空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經蝸殼而進入出水管。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(Find out)決該問題(Emerson)，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，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(shèbèi)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（peak），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(Deep well pump)，在機組啟動時和停機后使用。上海凱泉如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區比平原大氣壓力低，因此同一臺水泵在山區，特別是在高山區安裝時，其安裝高度應降低，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，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(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。
新設計的電動調節閥(使用材料：鑄鐵、鑄鋼、不銹鋼等)由電動執行機構(驅動方式：回轉、多回轉、直行程)驅動，通過變速齒輪減速，由大小閥組合的閥門(功能：截止、導流、穩壓、分流等)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。上海凱泉由于葉輪進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，加上水流經吸水管路帶來的沿程損失，實際允許安裝高度（水泵軸線距吸入水面的高度）遠小于10米。在小開度進汽時，小閥優越的調控（釋義：調節、控制）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（control)電動調節閥，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(Emerson)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(guò chéng)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（control)在一定的范圍(fàn wéi)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(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(guǎn lǐ)，生產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(Lubricating oil)供應不足問題的解決
對消防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，計算結果表明消防泵的供油量正常。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(Deep well pump)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Φ16改為Φ19。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（rotor）的一階臨界轉速是13