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1、第六章 离心式泵与风机的结构 本章着重论述了热力发电厂主要泵与风机的结构与工作特点，对离心泵的轴向推力及其平衡进行了讨论。 一、重点、难点提示1 重点 （1）热力发电厂主要泵与风机的结构特点 （2）泵轴向力及其平衡方法 2难点 （1）热力发电厂主要泵与风机的结构特点和结构识图 （2）平衡盘平衡轴向推力的机理与发生轴向窜动的原因 3考核目标 （1）能正确表述热力发电厂主要泵与风机的型式、工作条件和结构特点，看懂其典型型式的结构图。 （2）了解离心泵产生轴向推力的主要原因，能应用经验公式计算轴向推力，熟悉离心泵平衡轴向推力的主要方法和平衡原理，熟悉平衡盘自动平衡轴向推力的工作原理和优缺点。二、 知
2、识点精析1 热力发电厂常用的泵与风机构造 （1）给水泵 热力发电厂的锅炉给水泵有热力循环“心脏”之称，可见其作用非常重要，它是把除氧器水箱中的饱和热水抽出并升压到一定压力后不间断地送往锅炉。现代热力发电厂锅炉给水泵的工作特点是：流量大、扬程很高、工作温度高、工作压力高、转速高，抽吸的是饱和热水。其作用和工作特点要求其运行可靠性高、负荷适应能力强、经济性高、检修和维护方便、运行自动化水平高。给水泵是热力发电厂技术要求最高、轴功率最大、价格最高的泵与风机。在结构型式上，给水泵采用离心式。以前的小机组多为母管制，给水泵流量小，多台给水泵并联运行，主要靠增减给水泵投用台数或调节给水节流阀门的开度来改变
3、给水量，系统复杂、投资高、检修维护工作量大、运行调节复杂、自动化水平低、运行经济性差。随着机组广泛采用单元制，以及单元机组的容量不断增大，配置的锅炉给水泵的流量在不断增大，目前我国大型机组较多配置半容量给水泵，为了减小单位千瓦的电厂投资，现已趋向于单泵配置（一机一炉一泵），给水泵流量的增大就更为迅速。同时，随着机组容量的增大，主蒸汽压力也在逐步提高，这就要求给水泵的扬程不断提高。以前，增加给水泵扬程的主要方法是增大叶轮尺寸、增加泵的级数。增大叶轮尺寸会导致叶轮圆盘摩擦损失剧增，泵效率较低，另外，大尺寸叶轮的制造加工较为困难；增大泵的级数，会导致泵轴过长，泵轴绕度较大，振动特性较差，为了防止动静
4、部件碰磨，不得不增大动静部件间的间隙，从而导致容积效率较低。总之，用增大叶轮尺寸、增加级数来提高给水泵的扬程有很多弊端。既要提高给水泵的扬程，又要增大给水泵的流量，最好的方法是提高给水泵的转速，所以，目前大型机组的给水泵多采用高速给水泵，另外，考虑到调节的经济性，多采用变速调节方法。然而，高转速会导致给水泵的抗汽蚀性能较差，为了防止给水泵汽蚀，目前给水泵多配置前置泵、汽蚀诱导轮或首级采用双吸叶轮。教材图41所示的是80CHTA/4型给水泵的前置泵结构图，其叶轮为双吸叶轮（见图中6），另外它由独立的低速电机驱动，这样能使它具有较低的必需汽蚀余量，抗汽蚀性能较好。教材图45所示的TDG750180
5、型给水泵，配置了一个诱导轮（见图中5），它安装在给水泵首级叶轮之前。教材图47所示的给水泵，首级采用双吸叶轮。给水泵采用高转速后，但由于流量、扬程很高，用一级叶轮难以满足需要，所以，目前大型机组的锅炉给水泵仍是多级泵，只是级数不多。如教材图43、47所示的给水泵为四级。由于锅炉给水泵的扬程很高，又是多级泵，在本章后面将会学到，这样给水泵转子上有很大的轴向推力，一般来说，仅用轴向推力轴承难以满足，如果采用叶轮对称布置，泵的结构势必复杂，效率较低。所以，锅炉给水泵都采用了平衡盘、或平衡鼓、或平衡盘与平衡鼓的联合装置来平衡轴向推力，其中平衡盘与平衡鼓的联合装置有很好的平衡性能，大型机组的锅炉给水泵普
6、遍采用，例如，教材图43中的5、教材图45中的15和19就是平衡盘与平衡鼓的联合装置，它们安装在末级叶轮之后，教材图43中的29、教材图45中的23是轴向推力轴承的推力盘，用于承担残余的轴向推力。轴向推力产生的原因、大小的计算、主要的平衡方法、平衡盘和平衡鼓的平衡原理以及特点等，将在本章“3离心泵轴向推力及其平衡”中讨论。为了防止泵内的给水顺着轴向外界泄漏，特别是出口端给水压力很高，在给水泵的两端都有轴封装置，轴封机构多采用机械密封、浮动环密封和迷宫式密封等，动静摩擦产生的热量有冷却水带走。教材图43中的13是轴封装置、图中1是轴封冷却水套，在13处也有轴封冷却水套，在1处也有轴封装置。在轴封
7、装置之外主要是泵的轴承，给水泵的轴承是用润滑油润滑，轴承产生的热量也由润滑油带走，热润滑油在冷油器中进行冷却，再由油泵输送回轴承。由于锅炉给水泵的工作压力和温度都很高，为了保证泵壳的密封、泵体热变形均匀对称等，所以，大型机组锅炉给水泵的壳体与一般多级离心泵有较大差别，多采用双层壳体。教材图43、45、47所示的三种给水泵都是双壳体，教材图43的9、图45的25是外壳体，外壳体是整体锻制或浇铸成筒型，筒壁较厚，耐压很高，它固定在基础上，给水泵的进出水管直接焊接在外壳体上。检修时，拆除高压端的大端盖（教材图43的22、图45的17）以及一些部件后，整个内壳体（包括轴和叶轮等）可以从高压端抽出，如果
8、有备用内壳体，只要把它装入外壳体，再装上大端盖等部件，就能很快使泵恢复运转，减少了检修停机时间。内外壳体之间充满着来自末级叶轮的高压水，在高压水的作用下，内壳体结合面能很好密封，并且能使热冲击、热变形均匀对称，提高了运转可靠性。在锅炉给水泵结构识图方面，应能在给定的结构图中指出下列主要部件：进水口、出水口、首级叶轮、末级叶轮、诱导轮（如果有的话）、泵轴、外壳体、轴封、轴向推力平衡机构和轴承等。 （2）凝结水泵凝结水泵是把凝汽器热井中的凝结水抽出并升压到一定压力后，流经一些低压加热器，不间断地送往除氧器。凝结水泵的工作特点是：吸入环境是高度真空，抽吸的是饱和或接近饱和的温水，流量较大、扬程较高。
9、在结构型式上，凝结水泵采用离心式。由于吸入环境是高度真空，所以，凝结水泵在结构上设置了一些水封机构，以防止运行或停用时外界空气漏入泵内，进入凝结水中，外界空气漏入会影响泵的运行，加剧凝结水泵、低压加热器和凝结水管道的氧腐蚀。例如教材图48中的12是水封管，图410中的上部也有水封管。由于抽吸的是饱和或接近饱和的温水，所以，凝结水泵应有很低的必需汽蚀余量，即要求它抗汽蚀能力强，在结构上，首级叶轮前一般设置诱导轮，或者首级叶轮采用双吸叶轮等。教材图48、图49所示的凝结水泵采用了诱导轮，见教材图48中的4；教材图410所示的凝结水泵首级叶轮采用了双吸叶轮（见图中最右侧的一级叶轮）。另外，凝汽器热井
10、标高较低，接近或低于机房地面，而凝结水泵又是从中吸取饱和水，根据所学的汽蚀知识可以知道：为防止汽蚀，凝结水泵必须要倒灌。这样凝结水泵必须安装得较低，为了减少土建工程量，大型机组的凝结水泵多采用立式，以减少占地面积。教材图49、图410均是立式凝结水泵，对于图410所示的筒袋式凝结水泵，尽管泵的进水口较高，但首级叶轮进口很低，这样一方面可以防止汽蚀，另一方面又便于进水管道的布置。凝结水泵轴向力（对于立式泵还包括泵转子的重量）的平衡主要采取了在叶轮后盖板开设平衡孔，或叶轮对称布置，对于立式泵设置了推力轴承。在凝结水泵结构识图方面，应能在给定的结构图中指出下列主要部件：进水口、出水口、首级叶轮、末级
11、叶轮、诱导轮（如果有的话）、泵轴、轴封、轴向推力平衡机构、轴承和水封管等，能指出是卧式泵还是立式泵。 （3）循环水泵循环水泵的主要作用是向凝汽器不间断地提供大量的循环水，以冷却汽轮机的排汽，使之凝结成凝结水。汽轮机排汽的高度真空主要是由于排汽凝结所形成的，所以，循环水泵的运转状况、提供的循环水是否充足，严重地影响着机组的安全、经济运行。另外，循环水泵提供的循环水还可用作电厂内其它机械的冷却水或补充水等。循环水泵的工作特点是：流量很大、扬程低，多从自然界吸水，循环水水质较差。根据机组容量、取水条件、当地气候条件和循环水系统形式（开式系统、闭式系统）的不同，循环水泵在结构型式上可采用离心式、混流式
12、和轴流式（混流式的结构和性能介于离心式与轴流式之间）。随着机组容量不断增大，所需的循环水量在不断增大，而对扬程的要求没有明显提高，所以，大型机组的循环水泵多采用轴流式或混流式。由于循环水泵流量很大，导致泵的体积较大、吸入管径很大，又由于循环水泵从自然界吸水，所以，循环水泵的安装标高一般低于吸水面，这样在启动时，循环水能自动充满循环水泵；在运行时，泵进口侧不致形成较高的真空，而需要采取措施防止空气漏入。反之，如果循环水泵安装在吸水面之上，启动时则要大量灌水；运行时泵进口侧真空度较高，需防止空气漏入。所以，循环水泵的安装位置较低，多低于泵房的地平面。为了减少土建工程量，大型机组循环水泵多采用立式，
13、以减小占地面积，另外，采用立式可以使电动机的位置较高，不会有电动机被水淹没的危险。立式泵的轴向力主要是转子的重量，它主要由推力轴承承担。教材图412所示的循环水泵是卧式单级双吸中开式离心泵，教材图413所示的循环水泵是立式单级单吸离心泵，图41所示的循环水泵是立式全调节式轴流泵，图42所示的循环水泵是卧式单级单吸混流泵，图43所示的循环水泵是立式混流泵。图41 立式全调节式轴流泵结构图（见工程流体力学 泵与风机（第二版）重庆电校 侯文纲 编 水利电力出版社P312 图107 保留原图中的结构标注）图42 卧式单级单吸混流泵结构图（见泵与风机（第二版）重庆大学 郭立君 主编 中国电力出版社P32
14、 图138 保留原图中的结构标注）图43 立式混流泵结构图（见泵与风机（第二版）重庆大学 郭立君 主编 中国电力出版社P32 图139 保留原图中的结构标注） 在循环水泵结构识图方面，应能根据给定的结构图识别其结构型式，卧式或是立式，离心式、轴流式或是混流式，并能指出下列主要部件：进水口、出水口、叶轮、泵轴、轴封、轴承等。 （4）送风机送风机的主要作用是不间断地抽吸外界冷空气，空气升压后流经空气预热器，在那里被锅炉烟气加热形成热风，热风再送往锅炉炉膛参与燃料的燃烧。根据锅炉制粉系统形式的不同，有时部分热风送往制粉系统，用于加热、携带煤粉。送风机的工作特点是：流量较大、全压较高，抽吸的是比较干净
15、的冷空气。在结构型式上，中小机组常采用离心式，大型机组偏向采用轴流式。因为随着机组容量的增大，送风量成比例增加，但所要求的风机全压提高幅度不大，即大型机组送风量很大，风压较低，适合于采用轴流式。教材图415所示的送风机是机翼型后弯叶片悬臂式离心风机，机翼型是指叶片的断面为机翼型，机翼型后弯叶片保证了风机有较高的效率。在离心式送风机的结构识图方面，应能在给定的结构图中指出下列主要部件：进风口、出风口、进口导流器（进口调节挡板）、进口集流器、叶轮、机轴、机壳和轴承等。进口导流器用于调节风机流量，进口集流器的作用是使进入叶轮的气体流速分布比较均匀。教材图416所示的送风机是动叶可调轴流式风机，动叶可调是指在运行中能调节动叶片的安装角，图中没有画出调节机构的结构。在轴流式送风机的结构识图方面，应能在给定的结构图中指出下列主要部件：进风口、出风口、进气箱、动叶、导叶（静叶）、机轴、出口扩压筒、机壳、轴承等。导叶有前置导叶和后置导叶两种，其型式和作用见教材第五章第二节的有关内容，出口扩压筒的作用是把动叶出来的高速气流动能部分转换为静压能，以降低风机动压、提高风机静压。另外，在结构识图方面应能识别送风机是离心式还是轴流式。 （5）引风机 引风机的主要作用是不间断地从锅炉炉膛抽出燃烧产生的高温烟气，高温烟气在流经锅炉各受热面时放出热量，烟气温度不断下降，然后经过
