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1、,百万千瓦全容量凝结水泵研制,沈阳鼓风机集团有限公司,目录,一、凝结水泵简介二、立项背景三、主要研制内容四、结构介绍五、关键技术及创新点六、技术比较七、经济效益和社会效益及业绩,沈阳鼓风机（集团）有限公司,一、凝结水泵型号介绍,型号说明：11凝结水泵系列号 LDTN 立式多级筒袋式凝结水泵 B 水力模型代号4 泵级数PJ 泵自身平衡轴向力，轴封为机械密封,百万千瓦全容量凝结水泵型号：11LDTNB-4PJ,沈阳鼓风机（集团）有限公司,凝结水泵发展情况,LDTN型泵是我厂在借鉴国外先进技术的基础上,自主开发、自行研制的用于50MW到1000MW火电、核电机组用凝结水泵,我厂是国内生产凝结水泵的第
2、一家。由于凝结水泵使用工况的特殊性，从上个世纪六十年代，我厂开始研制涡壳式立式两级泵，该泵结构上有一些弊端，性能上也受到限制。到七十年代末，我厂开始开发立式多级筒袋式凝结水泵，系列型号定为LDTN型。,沈阳鼓风机（集团）有限公司,凝结水泵发展情况,我厂生产的第一台LDTN型凝结水泵是1982年为云南小龙潭电厂100MW机组研制的,1995年为哈三电厂600MW机组生产国产第一台低压凝结水泵，1997年为元宝山电厂600MW亚临界机组生产国内第一台中压凝结水泵。1998年以襄樊电厂4300MW机组凝结水泵为依托，我厂立项研制开发了泵自身承受轴向推力的平衡装置，2001年又将该结构成功应用到国产第
3、一台600MW超临界机组华能沁北电厂一期凝结水泵上。,沈阳鼓风机（集团）有限公司,凝结水泵发展情况,2005年，为满足高效节能的市场需求，使我厂的凝结水泵在市场竞争中更据优势，我们提出提高凝结水泵效率的科研计划，为此又在水力模型的研究上做了大量的工作，目前我厂600MW机组用凝结水泵的效率达到84-86%。2006年为国产1000MW超超临界机组-邹县电厂生产了半容量凝结水泵，同时泵轴封采用了机械密封，减少了泄漏损失，提高了机组效率。2009年1000MW全容量凝结水泵开发成功,二、立项背景,百万千瓦火电机组全容量凝结水泵是在节能、环保的背景下确立的。目前我国的火电机组正在向大型、高效、节能、
4、环保的方向发展，其中600-1000MW级容量的是最多的机组，而研制1000MW全容量凝结水泵则更能提高效率、节约能源，节省投资和减少维护工作量。替代进口产品，抢占国际市场，填补国内超超临界火电机组国产化的空白。能充分标志出我公司在火电机组水泵设备设计制造具有在国内的领先主导水平。将在火电机组辅机设备全面国产化中起到关键性的作用。,三、主要研制内容,1、凝结水泵水力模型攻关（计算、CFD分析、试验验证）；2、转子动态分析（干态、湿态）；3、应力分析；4、轴封结构研究；5、凝结水泵导轴承材料研究；7、支撑部件刚度分析；8、轴向载荷分析等；9、推力轴承的计算。,1、凝结水泵水力模型攻关,1、通过计
5、算方法选择合适的水力模型，主要考虑满足汽蚀余量的情况下兼顾泵的效率。汽蚀余量值与装置情况无关，只与泵进口处的运动参数（等）有关。而运动参数，在一定的转速泵和流量下与相应的几何参数有关，所以泵汽蚀余量是由泵本身（吸水室、叶轮进口部分）的几何形状决定的。对既定的泵，在一定的转速和流量下，在叶片进口部分均有相同的速度值，所以汽蚀余量是泵本身固有的特性值。表示既定的泵本身的汽蚀特性，其值越小，泵本身的抗汽蚀性能越好。最终计算值为：NPSHr=6.1,性能指标,汽蚀比转数C（单吸泵）(双吸泵)式中：C 汽蚀比转数 n 泵的转速（r/min）Q 泵的流量 泵汽蚀余量（m）汽蚀比转数C标志泵本身性能的好坏，
6、在一定的流量下，C值越大（值越小），泵的抗汽蚀性能越好。,1、凝结水泵水力模型攻关,1、凝结水泵水力模型攻关,提高泵抗汽蚀性能的措施 由公式可知，降低、均可提高泵的抗汽蚀性能。选择合适的几何参数(1)增大叶轮进口有效面积叶轮进口有效直径D0可由进行计算确定，增大叶轮进口有效面积，提高泵的抗汽蚀性能。(2)适当地增大叶片进口宽度b1增大b1能增加叶片进口处的过流面积，降低轴面速度，从而降低了进口处的绝对速度和相对速度。增加b1对的泵效果显著。在实际做木模时与增加D0要相匹配。,(3)合理地确定叶片进口冲角 叶片进口安放角，通常都大于液流角，对效率没有显著 影响，但却能提高泵的汽蚀性能。(4)叶片
7、进口厚度 叶片进口厚度越薄，越接近流线型，泵的汽蚀性能越好。首级叶轮采用双吸叶轮或降低转速两项措施，在相同的C值下，可以降低泵汽蚀余量。,1、凝结水泵水力模型攻关,沈阳鼓风机（集团）有限公司,1、凝结水泵水力模型攻关,性能方面主要对首、次级叶轮的水力模型上做了大量研究，使两个叶轮的性能都在高效区范围内。,1、凝结水泵水力模型攻关,2、对水力模型进行流场分析 通过计算流体力学（CFD）的方法，对比原有模型和优化模型的流场分布情况。汽蚀的本质是液体发生汽化，汽化现象最有可能发生在压力最低点处。要分析泵的汽蚀性能，就必须对泵内的低压流动区域，及其分布规律要有全面的了解。实验表明，在计算中采用单一清水
8、流体介质取代汽蚀发生时候的汽液两相流介质，得到压力最低点的压力值以及其分布情况与实际更加接近。对比原有模型和优化模型的计算，均采用单一清水介质。通过优化比较，找出兼顾汽蚀性能、效率和扬程等基本参数的改进模型。,1、凝结水泵水力模型攻关,通过对双吸泵叶轮的CFD分析，可以得出泵的内部流场分布规律，从而预测泵的扬程、效率以及汽蚀等基本性能参数，进而通过优化设计或流场控制手段改善泵内不合理的流动结构来改善泵的性能。因此叶轮内的CFD分析可为汽蚀性能改进提供可靠依据，也可以对改进后的流场进行汽蚀性能检验。,图5-4 计算网格,1、凝结水泵水力模型攻关,1、凝结水泵水力模型攻关,图5-6 初始模型设计工
9、况叶片上的压力分布图,图5-8 冲角和包角增大最优模型设计工况叶片上的压力分布图,最终模型设计工况叶片上的压力分布情况图,1、凝结水泵水力模型攻关,图5-12 原始模型设计工况叶片上的流线图,图5-13包角和冲角增大最优模型设计工况叶片上的流线图,1、凝结水泵水力模型攻关,图5-14最终模型额定工况叶片上的流线图,最终模型额定工况叶片上的流线图,1、凝结水泵水力模型攻关,图5-2 初始叶片形状,图5-3 优化后最终叶片形状,原始模型的绕流情况比较良好，没有明显的冲击损失和脱流损失。而包角和冲角变化模型的汽蚀性能有较大提高，但是在流动中出现了比较明显的涡，这是由于包角变化和冲角变化对流场形成干扰
10、，出现局部脱流。与包角变化和冲角变化模型相比，最终模型的绕流情况在设计工况和额定工况都得到了极大的改善，旋涡基本消失。,1、凝结水泵水力模型攻关,1、凝结水泵水力模型攻关,1、凝结水泵水力模型攻关,3、通过试验验证设计可简述以下几点：1.模型本身的优秀；2.模型泵与实型泵计算的放大比合理。3.对水力模型的修型恰到好处，例如增加和改变D0，b1等。4、合理调整叶片安放角和包角，对汽蚀有好的影响。同时不引起效率的恶化。,1、凝结水泵水力模型攻关,四、总体结构介绍,该凝结水泵为立式筒袋型结构。泵的吸入口位于泵的筒体上，吐出接口位于泵的吐出座上，根据现场安装需求。在泵的吐出座上有与泵筒体相连的脱汽管，
11、再连到凝汽器顶部，将凝结水在输送过程中析出的汽排回凝汽器中。该凝结水泵为四级泵，首级叶轮采用双吸结构，次级叶轮为单吸，导流元件为径向导流壳。泵共有两根轴，由套筒联轴器连接。泵径向载荷由多个水自润滑导轴承承受，轴向负荷由泵自身平衡，平衡装置为平衡鼓加一对向心推力球轴承，轴承采用稀油自润滑，油室内有冷却盘管进行水冷却。泵与电机之间采用挠性连接，轴封采用机械密封。,泵的结构,泵的结构,凝结水泵总装图,泵的结构,泵的结构图,1、结构先进 2、性能优良 3、可靠性高,五、关键技术及创新点,目前我厂凝结水泵最大的特点在于泵自身平衡轴向力。平衡装置是我厂有关专家和很多工程技术人员经反复研究讨论，确定的立式泵
12、平衡轴向力的设计方案。平衡装置采用平衡鼓（不锈钢）和一对向心推力球轴承联合结构，平衡鼓前后压差产生水力轴向力，平衡掉泵整个转子全部轴向力的95%，推力轴承（重载型号7338BCBM）平衡残余的轴向力。由于是立式结构，关键技术在于解决推力轴承的润滑上。,结构先进,平衡装置结构图,结构先进,推力轴承结构图,结构先进,我厂于99年进行立项研究，研制凝结水泵球轴承自润滑装置，对轴承结构、油润滑方式进行了多次试验，对运转效果、润滑油量、轴承温升、冷却水量几个考核指标都做了对比试验，确定了整个推力装置的结构。根据流体动力学原理，设计了该润滑结构，但对于甩油钩角度的确定，没有计算公式和可借鉴的资料，因此我厂
13、设计了4种角度的甩油钩，即15、30、45、60，并在上面的防尘盘上镶嵌4块有机玻璃，在轴承体上镶嵌2块有机玻璃，通过这些玻璃窗观察供油效果、回油效果。用上述四种甩油钩做四次试验，并对是否采用冷却水，及冷却水量又做分组试验，共试验二十余次。综合供油情况、温升情况及配合冷却水情况，最后确定采用最佳角度甩油钩。,结构先进,在末级导流壳外壁增加三个径向刚性支撑，该支撑与水泵筒体上的加强内口环为规定的间隙配合，防止由于整个工作部较长在运行过程中的经向摆动。提高泵结构稳定性和泵机组及其部件应能承受应力。提高泵结构完整性和可运行性。具体重要关键设计如下：1）导流壳外壁加径向支撑,防止横向摆动；2）圆筒体壁
14、厚增加；,结构先进,3）圆筒体下端增加止口定位;4）泵座下法兰加厚;5）接管、导流壳等的联接螺栓加粗；6）给出所有螺栓、螺母的装配力矩;7）导轴承材质更改为新型AC-3材料，提高泵的耐腐、耐温差膨胀、耐磨损性能，从而尽可能延长泵的使用寿命，达到系统设计的要求。;8）增加一级径向支撑（中间轴承座）;9）计算临界转速，尤其是低频时;10）平衡套材质改为RWA350;11）计算机械密封的线速度;12）推力轴承采用重载型号7338BCBM;13）首级叶轮固定方式改进;14）焊接件必须做消除应力处理。,泵的汽蚀性能是由首级叶轮决定的，为了降低叶轮进口流速，保证高的抗汽蚀性能，首级叶轮采用双吸叶轮，试验结
15、果为：流量：Q=2360m3/h，转速：n=1480r/min 必需汽蚀余量：NPSHr=5.07m 汽蚀比转数:C=1409,高的抗汽蚀性能,试验结果为：流量：Q=2368m3/h，扬程：H=346m,效率：=89.5%转速：n=1480r/min 现在我厂600MW机组用凝结水泵效率能够达到85-87%，1000MW机组用凝结水泵效率能够达到88%-89%，可以说达到了国际同类先进水平。,高的效率,可靠性高,早期我厂生产的凝结水泵轴向力由电机承受，水泵几十吨的轴向力作用到电机上，而电机承受轴向力采用推力瓦块，这样形成一个悬臂结构，而现在的平衡方式消除了这个缺陷，增加了泵组的稳定性，消除了泵
16、组可能振动的安全隐患。泵的轴向力由泵自身承受，泵与电机两根轴之间采用挠性联接，降低了泵组轴的长度，减小了整个轴系的长径比，提高了泵组运行的稳定性。,可靠性高,该结构泵在现场安装过程中，有利于泵与配套电机之间的对中找正，降低了安装误差对泵组运行可靠性的影响。另外在泵内还有多处水润滑导轴承，对泵起到径向支撑作用。综上所述,该结构凝结水泵具有较高的运行可靠性。,l、11LDTN型凝结水泵，各项技术指标在国内处于领先水平，达到国际同类先进水平。2、结构合理，安装土建工程量小。3、检修维护方便。,六、技术比较,我国自行设计、制造的LDTN型凝结水泵，采用了自行开发的多项先进技术，保证了机组的安全运行的同
17、时，提高了效率，节省了能源。,11LDTN-4PJ型凝结水泵经过在沈鼓集团的性能试验以及机械运转试验表明：各项技术指标满足使用要求，机组完全达到了设计指标，满足了生产工艺需要，泵水力性能良好，泵组运转平稳、可靠。,11LDTN型凝结水泵是为百万千瓦火电站设计制造的全容量凝结水泵，也可以作为半容量凝结水泵用到百万千瓦核电机组上。,七、经济和社会效益,1、LDTN型凝结水泵是泵本身平衡轴向力，配套电机不承受轴向负荷，降低了电机成本，降低了泵组价格。2、以每年我厂生产凝结水泵200余台计算，几年来为我厂创产值近两亿元.,经济效益,3、LDTN系列泵的实际运转情况表明，为用户增加了巨大的经济效益。现我
18、厂的凝结水泵比其它厂的效率高2%左右，按每年生产120台，效率提高2%，可以为电厂节电402万度，每度电按0.5元，共节约资金2016万元。,经济效益,经济效益,4、11LDTN型凝结水泵可以为我厂出口创汇。我厂的凝结水泵出口十几个国家和地区，巴基斯坦、孟加拉、泰国、马来西亚、印度等国家的大型火电站和核电机组中都有我厂的凝结水泵。目前我公司已经开始为国外成套商进行报价。,1、11LDTN型凝结水泵是完全由我厂自行研制、自主开发的国产化产品，完全满足目前国内外火(核)电1000MW机组凝结水泵的需要，完全可以替代进口，在泵行业国产化系列中起着举足轻重的作用。2、11LDTN系列凝结水泵是先进成熟单元技术的集成，特别是泵的平衡装置是一种结构比较先进、效果比较理想的平衡机构。它不但成功的应用到了我厂的凝结水泵上，同时也可以应用到其它立式泵上，具有很大的推广价值。,社会效益,3、根据与国内国际同规格泵比较，我厂的泵效率高，节能效果好。4、11LDTN型凝结水泵经过厂内运转平稳可靠、性能稳定、可靠性好，能够保证电厂无故障长期运行。,社会效益,销售业绩,1、华能金陵电厂2、中广核阳江核电站#1#2#3#43、中广核宁德核电站#3#44、江苏常熟发电厂5、华能南通电厂,
