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船用汽輪循環(huán)泵的改進(jìn)設(shè)計(jì)
論文摘要：針對(duì)原船用汽輪循環(huán)泵存在的諸多問題進(jìn)行了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，改進(jìn)后的船用汽輪循環(huán)泵，經(jīng)陸試及遠(yuǎn)航的考核檢驗(yàn)，性能完全實(shí)現(xiàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)的預(yù)定指標(biāo)。
1 前言
船用汽輪循環(huán)泵主要由汽輪機(jī)、減速器和循環(huán)泵三大部件組成。汽輪機(jī)聯(lián)帶減速器驅(qū)動(dòng)循環(huán)水泵工作，將船外的海水吸入主冷凝器和主機(jī)滑油冷卻器使工質(zhì)冷卻。另外，當(dāng)機(jī)爐艙破損漏水時(shí)，該泵作為應(yīng)急排水泵，將船艙內(nèi)的積水排出船外。
汽輪機(jī)由轉(zhuǎn)子和殼體組成，轉(zhuǎn)子安裝有葉片、減速器小齒輪及向各軸承提供潤(rùn)滑油的齒輪油泵等部件。殼體上裝有噴嘴箱、速關(guān)閥、**輔助閥、**輔助閥、隔板、汽輪機(jī)密封裝置、支持軸承和止推軸承等。
減速器亦由轉(zhuǎn)子和殼體組成，轉(zhuǎn)子安裝有減速器大齒輪、測(cè)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(huán)泵仍由轉(zhuǎn)子和殼體組成，轉(zhuǎn)子上安裝有泵輪(即工作輪)、橡膠支持軸承等部件。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、**半導(dǎo)向器、**半導(dǎo)向器、泵蓋、進(jìn)水部分等部件。
2 改進(jìn)設(shè)計(jì)的提出
2.1 原汽輪循環(huán)泵的汽輪機(jī)調(diào)速由速關(guān)閥控制一個(gè)噴嘴，**輔助閥控制兩個(gè)噴嘴，通過這兩閥可以完成泵的各運(yùn)行工況。**輔助閥控制三個(gè)噴嘴，用于超負(fù)荷或當(dāng)汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)降低時(shí)打開使用，也可將它作為備用閥。由于上述三閥都是手動(dòng)閥，因而不僅工作量大，而且還難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。為了解決該問題，將速關(guān)閥改為自控閥，增加調(diào)節(jié)閥的作用，另兩閥不改。經(jīng)過運(yùn)行發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)措施仍存在兩個(gè)問題：一是速關(guān)閥口徑較大，在小開度狀態(tài)下，很容易自動(dòng)關(guān)死；二是對(duì)閥門的控制較分散，當(dāng)船在倒車時(shí)，要手動(dòng)開啟一個(gè)輔助閥進(jìn)行控制，這樣就不能完全實(shí)現(xiàn)正、倒車的自動(dòng)控制，所以還需要再進(jìn)一步改進(jìn)。
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(huán)泵的兩個(gè)滑動(dòng)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(jìn)設(shè)計(jì)。
2.4 原汽輪機(jī)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(jìn)設(shè)計(jì)中得到改善。
2.5 根據(jù)設(shè)備研制任務(wù)書所述：該泵在軸系轉(zhuǎn)速為260r／min時(shí)，發(fā)現(xiàn)一橫向振動(dòng)共振峰值，而在其轉(zhuǎn)速下，同時(shí)發(fā)現(xiàn)泵軸振動(dòng)較強(qiáng)烈，使該泵難以正常工作，這需要在改進(jìn)設(shè)計(jì)中找出原因，予以解決。
2.6 為提高運(yùn)行性能，增加了電動(dòng)油泵，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)和停機(jī)后使用。
2.7 另外，對(duì)某些部件的加工工藝需要改進(jìn)，以進(jìn)一步提高汽輪循環(huán)泵的運(yùn)行性能。
3 改進(jìn)設(shè)計(jì)
3.1 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的改進(jìn)設(shè)計(jì)
首先改進(jìn)設(shè)計(jì)了噴嘴箱，使原速關(guān)閥不再直接控制噴嘴，只起主汽閥和速關(guān)閥的作用，它能手動(dòng)開關(guān)和自動(dòng)、手動(dòng)速關(guān)，取消了其調(diào)速功能；原速關(guān)閥控制的一個(gè)噴嘴和**輔助閥控制的兩個(gè)噴嘴由新設(shè)計(jì)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制。原**輔助閥仍然保留，稱為輔助閥，作用不變。
新設(shè)計(jì)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，通過變速齒輪減速，由大小閥組合的閥門的閥桿作水平方向移動(dòng)，使閥門開閉，起到調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽量的作用。在小開度進(jìn)汽時(shí)，小閥優(yōu)越的調(diào)控能力得以充分發(fā)揮。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)有就地手輪，可以就地手動(dòng)控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，還設(shè)有電控箱，可以遠(yuǎn)距離電控電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，也可以通過集控室的微機(jī)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行自動(dòng)控制。該電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)控功能可完全滿足主汽輪機(jī)組正、倒車各工況的要求，因此汽輪循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)、運(yùn)行和停機(jī)的自動(dòng)化。
3.2 冷油器換熱管問題的解決
首先對(duì)冷油器換熱管容易破損的原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為主要原因是由于B30管在生產(chǎn)加工、安裝過程及運(yùn)輸過程中與其它零部件磨擦、撞擊、碰傷，在安裝后運(yùn)行中與海水長(zhǎng)期接觸，海水的污染物會(huì)滯留在被損傷的凹痕里，在海水的作用下形成電化學(xué)腐蝕，使B30管的損傷處越來越薄，以至*后破裂。因此制訂了具體要求，即要求制造廠按技術(shù)要求進(jìn)行生產(chǎn)、安裝和運(yùn)輸，盡量避免此類事情發(fā)生。
冷油器換熱管的接頭易脫開，經(jīng)分析是脹管的質(zhì)量問題。經(jīng)大量嚴(yán)格的試驗(yàn)及計(jì)算將脹管力控制在一定的范圍內(nèi)，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(qiáng)度范圍內(nèi)，不致脹裂。
3.3 橡膠軸承問題的解決
原泵橡膠軸瓦的銅鑄件采用普通澆鑄，容易產(chǎn)生缺陷，合格率低；橡膠與銅鑄件的粘接技術(shù)不過關(guān)，容易產(chǎn)生橡膠在銅鑄件上的剝離，在產(chǎn)品檢查時(shí)，合格率低于50%。改進(jìn)后銅鑄件采用離心澆鑄，鑄件的晶粒細(xì)，排列緊密，所有鑄件均一次鑄澆合格，因此，提高了鑄件質(zhì)量。橡膠與銅鑄件的粘接也采用現(xiàn)代工藝配方及科學(xué)有效的生產(chǎn)管理，生產(chǎn)橡膠軸瓦的合格率提高到90%以上。
原下端橡膠軸瓦水室的半徑為R3，現(xiàn)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(xiàn)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(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑，避免被軸粘牢。
3.4 潤(rùn)滑油供應(yīng)不足問題的解決
對(duì)齒輪油泵的供油量及各軸承和齒輪傳動(dòng)的耗油量逐項(xiàng)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明齒輪油泵的供油量正常。汽輪機(jī)上端軸承由于供油量不足而使軸承油溫偏高，是因軸承離油泵較遠(yuǎn)，油管的通流面積偏小，導(dǎo)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(nèi)。
3.5 振動(dòng)問題的解決
經(jīng)計(jì)算，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速是13553r／min，臨界轉(zhuǎn)速的裕度是78.3%；循環(huán)泵轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速是3029r／min，一階臨界轉(zhuǎn)速與*高工作轉(zhuǎn)速之比是3.833。通過計(jì)算表明：汽輪循環(huán)泵轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)高于其*高工作轉(zhuǎn)速。由此說明：原泵軸系在轉(zhuǎn)速為260r／min時(shí)有一橫向振動(dòng)共振峰值不是機(jī)組本身固有的共振頻率，而是由于機(jī)組的基礎(chǔ)不牢固或基礎(chǔ)剛性不夠所造成的。試車臺(tái)試車時(shí)實(shí)測(cè)，當(dāng)循環(huán)泵轉(zhuǎn)速在250～300r／min時(shí)，機(jī)組振動(dòng)值是0.03mm。在試車臺(tái)試車期間，2臺(tái)汽輪循環(huán)泵在各工況點(diǎn)均未出現(xiàn)共振現(xiàn)象。在試航時(shí)，左舷汽輪循環(huán)泵在工作區(qū)沒出現(xiàn)共振點(diǎn)，而右舷汽輪循環(huán)泵，轉(zhuǎn)速約為320～330r／min時(shí)，機(jī)組出現(xiàn)共振點(diǎn)，原因就是此臺(tái)機(jī)組基礎(chǔ)的剛性較差。解決的方法是：加強(qiáng)右舷汽輪循環(huán)泵基礎(chǔ)的剛性，或工作時(shí)盡量避開在該轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。
對(duì)循環(huán)泵轉(zhuǎn)子、減速器轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子提高或增加了動(dòng)平衡試驗(yàn)要求。原泵設(shè)計(jì)要求只對(duì)循環(huán)泵轉(zhuǎn)子上的工作輪做靜平衡試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子不做動(dòng)、靜平衡試驗(yàn)，改進(jìn)設(shè)計(jì)后不僅要求工作輪做靜平衡試驗(yàn)而且要求整個(gè)循環(huán)泵轉(zhuǎn)子(包括工作輪及其它附件)做靜平衡試驗(yàn)和動(dòng)平衡試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示循環(huán)泵轉(zhuǎn)子的不平衡量較大，這會(huì)造成機(jī)組較大的，不必要的振動(dòng)。原泵對(duì)減速器轉(zhuǎn)子只要求做靜平衡試驗(yàn)，新的改進(jìn)設(shè)計(jì)要求增加動(dòng)平衡試驗(yàn)，結(jié)果證明此試驗(yàn)非常必要。對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)允許不平衡量按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，要求比原設(shè)計(jì)有很大提高，從34g／cm改為18.23g／cm。小編推薦消防增壓泵、消防穩(wěn)壓泵、消防主泵、消防高壓泵、噴淋泵、消防供水設(shè)備、消防供水、消防給水、消防供水系統(tǒng)、消防控制柜、消防控制箱、水泵控制柜、成套供水設(shè)備、環(huán)保工程、消防設(shè)備公司 、環(huán)保專用水泵及給排水設(shè)備上等產(chǎn)品供應(yīng)商：上海市三星水泵廠 上海意海耐腐蝕泵制造有限公司 上海市新三星給排水設(shè)備有限公司 轉(zhuǎn)自：國(guó)際泵閥貿(mào)易網(wǎng)
通過對(duì)三個(gè)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，使汽輪循環(huán)泵整個(gè)機(jī)組的振動(dòng)、噪音明顯降低。
3.6 增設(shè)電動(dòng)油泵
過去汽輪循環(huán)泵在啟動(dòng)時(shí)和停機(jī)時(shí)，都用人力手搖油泵給各需要潤(rùn)滑的部件供油，此操作勞動(dòng)強(qiáng)度較大?，F(xiàn)設(shè)計(jì)了一套電動(dòng)油泵代替原手搖油泵，而原手搖油泵依然保留，作為電動(dòng)油泵的備用油泵，這就大幅度降低了船員的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，深受工人和船員的歡迎。
3.7 改進(jìn)工藝提高產(chǎn)品質(zhì)量
3.7.1 對(duì)減速器的齒輪提出加工精度要求
原減速器齒輪沒有加工精度等級(jí)要求，改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和哈汽廠現(xiàn)有的加工水平和能力，提出了減速器齒輪的加工精度要求。
原泵為了達(dá)到減速器齒輪嚙合接觸斑點(diǎn)的要**通過特制的對(duì)研臺(tái)的對(duì)研來實(shí)現(xiàn)的，在改進(jìn)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)對(duì)研臺(tái)上的接觸斑點(diǎn)與機(jī)組實(shí)際的接觸斑點(diǎn)不一定重合，是不真實(shí)的，因此將一對(duì)嚙合齒輪在機(jī)組上嚙合，根據(jù)嚙合情況對(duì)齒輪進(jìn)行配滾配磨，幾次配滾配磨、嚙合后的接觸斑點(diǎn)才是真實(shí)的，是真正在機(jī)組上的接觸斑點(diǎn)，這樣加工就保證了齒輪的加工精度。
通過以上措施，陸試和航試中運(yùn)行是平穩(wěn)的，噪音和振動(dòng)顯著下降，因此說明該項(xiàng)設(shè)計(jì)要**正確可行的。
3.7.2 提高循環(huán)泵二橡膠軸瓦瓦窩的加工精度
循環(huán)泵上部橡膠軸瓦是安裝在循環(huán)泵泵殼上部，下部橡膠軸瓦安裝在**、**半導(dǎo)向器上，**、**半導(dǎo)向器安裝在循環(huán)泵殼的下部。改進(jìn)前泵殼和**、**半導(dǎo)向器是分別加工的，因此循環(huán)泵二橡膠軸瓦瓦窩中心線容易產(chǎn)生誤差，精度難以保證，循環(huán)泵軸與二橡膠軸瓦的間隙不均勻，容易產(chǎn)生泵軸徑向不對(duì)稱偏移，增加橡膠軸瓦和軸的磨損或產(chǎn)生粘牢現(xiàn)象。
改進(jìn)設(shè)計(jì)中，重新設(shè)計(jì)了泵殼膛孔圖，要求先膛泵殼下部各孔及倒角和端面，然后不下機(jī)床，把加工完外圓的**、**半導(dǎo)向器和軸承蓋裝上，繼續(xù)鏜其余各孔和端面，包括上、下橡膠軸瓦的瓦窩，這樣就保證了上、下二橡膠軸瓦的中心線在同一軸線上，確保了實(shí)現(xiàn)圖紙的設(shè)計(jì)要求。
在安裝循環(huán)泵時(shí)，二橡膠軸瓦對(duì)中一次成功，不必再多次刮瓦窩找中，既節(jié)約了安裝時(shí)間，又減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
汽輪循環(huán)泵的減速器軸和循環(huán)泵軸是用螺栓剛性連接，在連接時(shí)用千分表在各點(diǎn)測(cè)量，靠刮軸的端面來達(dá)到對(duì)中的要求，非常費(fèi)時(shí)而且麻煩。改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)，在循環(huán)泵軸一端車出一個(gè)3mm的凸臺(tái)，在減速器軸一端車出一個(gè)3mm的凹臺(tái)階，二連接端面相對(duì)中心線都有垂直度要求，在兩軸連接時(shí)，以二凹凸臺(tái)為基準(zhǔn)，對(duì)中非常容易，可以做到對(duì)中一次成功。
3.7.3 循環(huán)泵工作輪采用數(shù)控機(jī)床加工
循環(huán)泵工作輪是螺槳式的泵輪，葉片型線較復(fù)雜，原泵輪靠手工一點(diǎn)點(diǎn)用砂輪來磨，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境差，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，加工精度不易保證。這次采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行工作輪粗加工和精加工，*后使用人工用砂輪、砂紙磨削達(dá)到*后尺寸和光潔度，這樣既省時(shí)又省力，精度完全滿足要求。
4 結(jié)束語
汽輪循環(huán)泵通過試車臺(tái)全負(fù)荷試車，全船的試航和近一年的航行運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，完全符合規(guī)格書的要求，某些指標(biāo)甚至高于規(guī)格書的要求。此改進(jìn)設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的效果。
