一种焦化厂锅炉给水泵流量自适应可调式平衡盘装置的制作方法

本发明涉及多级离心泵轴向力平衡，具体是指一种焦化厂锅炉给水泵流量自适应可调式平衡盘装置。

背景技术：

1、焦化厂蒸汽锅炉负荷昼夜波动大，锅炉给水泵需要长期在大流量满负荷、小流量低负荷之间频繁切换，给水压力与流量连续变化。多级给水泵各级叶轮产生的轴向推力逐级叠加，必须依靠末端平衡盘产生反向平衡力抵消轴向推力。

2、如专利cn112696385a公开了锅炉给水泵浮动式平衡系统，专利cn213392885u公开了给水泵平衡装置可知，现有多级给水泵的平衡腔的介质泄漏流量完全由平衡盘与平衡环之间的固定间隙决定，无法随给水流量自动调整。

3、当锅炉低负荷小流量供水时，平衡盘前腔高压介质快速泄压，前后压差快速下降，平衡力不足，转子向叶轮侧大幅窜动，平衡盘端面与静止平衡环发生干摩擦，极易造成盘面拉伤、烧损，严重影响焦化锅炉连续供气。而当锅炉满负荷大流量供水时，平衡间隙泄漏水量又急剧上升，平衡腔压力持续升高，反向推力过大，转子向尾部窜动，轴系振动超标，推力轴承负荷急剧升高，极易出现轴承过热损坏；因此此种结构无法同步调节泄压流量，流量调节与轴向力平衡无法兼顾。

4、目前市面上仅有固定间隙平衡盘、平衡鼓组合结构，现有平衡盘无法随给水流量自适应调节泄压流量，只能被动依靠轴向窜动微调间隙，不能主动调节平衡回路介质流量，无法适配焦化锅炉频繁变工况的运行条件。且平衡稳定性差，变工况下轴向力易失衡、易损件损耗（如盘面磨损严重）。因此，研发一种可以随给水流量自动调整泄压流量、全程保持轴向力平衡的自适应平衡盘，是焦化锅炉供水设备亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种焦化厂锅炉给水泵流量自适应可调式平衡盘装置，针对现有平衡盘无法随给水流量自适应调节泄压流量、变工况下轴向力失衡、盘面磨损严重的问题，本发明既能够跟随锅炉负荷自动调整平衡回路介质泄流量，又可以全程稳定平衡盘两侧压差，在给水流量大范围变化时始终保持轴向推力平衡，限制转子轴向窜动，彻底解决平衡盘研磨磨损问题，同时兼顾供水流量调节与主轴运转平稳性。

2、本发明是通过如下技术方案实现的，一种焦化厂锅炉给水泵流量自适应可调式平衡盘装置，包括平衡环和平衡盘，所述平衡环与给水泵的出水段固接，所述平衡盘位于平衡环后方并与给水泵的泵轴固接，平衡盘与平衡环之间形成有前置高压补偿腔，平衡盘的后方具有与前置高压补偿腔连通的后置泄压平衡腔，还包括调节阀片和离心驱动机构；

3、所述调节阀片位于平衡环与平衡盘之间，调节阀片通过定位销与平衡盘形成有限角度转动配合，平衡盘的轴段外圆面上开有多条导流槽，多条导流槽沿轴向延伸并沿周向均布，调节阀片面向平衡盘的后端面上开有多条过流窗口，多条过流窗口沿径向延伸并与多条导流槽一一对应，所述过流窗口外端与所述前置高压补偿腔连通设置；

4、所述离心驱动机构设置在平衡盘内，用于驱动调节阀片正反转动，使调节阀片的过流窗口与导流槽的重合面积发生改变，以调节进入过流窗口的流量。

5、本方案使用时，给水泵的末级叶轮排出的高压给水首先进入导流槽中，介质经导流槽、过流窗口进入前置高压补偿腔，介质再通过径向间隙进入后置泄压平衡腔，后置泄压平衡腔通过平衡管连通给水泵进水口形成回流。通过调节阀片旋转改变窗口与导流槽的重合面积，实现进入过流窗口内流量的调节，以自动调节平衡腔介质泄流量，在给水流量变化时稳定平衡盘前后压差，同步实现给水流量自适应调节与转子轴向力动态平衡。

6、作为优化，所述离心驱动机构包含离心重块和弹簧，所述调节阀片的后端面固接有所述定位销，所述平衡盘的前端面开设有对应定位销的圆弧滑槽，定位销插入圆弧滑槽中并沿圆弧滑槽弧向滑动，所述弹簧固设在圆弧滑槽内并连接定位销；所述圆弧滑槽的后方开有导向滑腔，导向滑腔沿径向延伸，圆弧滑槽与导向滑腔连通设置，所述离心重块滑动安装在导向滑腔中，所述定位销延伸至导向滑腔内并与离心重块连接；

7、当泵轴转速升高，离心重块沿径向向外滑动时，能够推动定位销从圆弧滑槽的第一端向第二端弧向滑动，使调节阀片正向转动，此时弹簧为拉伸状态。

8、当泵轴转速降低，弹簧收缩复位时，能够拉动定位销从圆弧滑槽的第二端向第一端弧向滑动，使调节阀片反向转动，此时离心重块滑动至导向滑腔底端。

9、本优化根据给水泵给水流量的变化，当给水流量变大，泵轴转速升高，离心重块在离心作用下向外甩动滑动，进而推动定位销沿圆弧滑槽弧向滑动，实现驱动调节阀片正向旋转。反之给水流量变小，泵轴转速降低，离心重块离心力推力减小，弹簧弹性复位，进而拉动定位销反向滑动，实现驱动调节阀片反向旋转。

10、作为优化，当定位销从圆弧滑槽的第一端点向第二端点滑动时，所述调节阀片的过流窗口与导流槽的重合面积逐渐变大；当定位销从圆弧滑槽的第二端点向第一端点滑动时，所述调节阀片的过流窗口与导流槽的重合面积逐渐变小。本优化当泵轴转速升高，定位销正向滑动时，过流窗口与导流槽的重合面积变大，则进入前置高压补偿腔的流量逐渐变大，使后置泄压平衡腔的介质泄流量同步增大，平衡腔压力平稳升高，抵消增大的轴向推力，避免转子后窜。当泵轴转速降低，定位销反向滑动时，过流窗口与导流槽的重合面积变小，则进入前置高压补偿腔的流量逐渐减小，介质泄压流量降低，维持前置高压补偿腔压力稳定，保证反向推力充足，防止转子向前窜动。

11、作为优化，所述平衡盘的轴段外圆面上开有6条导流槽，调节阀片上对应开有6条过流窗口，导流槽与过流窗口均为扇形缺口。本优化二者采用扇形缺口，能够实现重合面积的调节，实现过流量的调节。

12、作为优化，所述调节阀片的最大转动角度范围在30°～45°，所述圆弧滑槽的角度范围在30°～45°。本优化通过限制调节阀片的转动角度，使导流槽与过流窗口实现一一对应调节，窗口错开时通流面积最小，窗口完全重合时通流面积达到最大值。

13、作为优化，所述离心重块为矩形块，离心重块朝向外侧的一端为斜面，所述定位销插入导向滑腔后搭设在离心重块的斜面上。本优化利用离心重块的斜面对定位销提供切向力，实现推动定位销沿圆弧滑槽的弧向滑动。

14、作为优化，所述平衡盘的后端面开设环形稳压槽，环形稳压槽与后置泄压平衡腔连通。本优化稳压槽内形成均匀低压区，平衡盘两侧压力分布均匀，避免局部压差不均产生径向力，保证主轴径向跳动控制在允许范围内。

15、作为优化，所述平衡盘的前端面与调节阀片的后端面均设有耐磨层。本优化提高二者端面的耐磨度，提高使用寿命，并防止高温给水工况下咬合卡滞，保证阀片转动灵活无卡涩。

16、作为优化，所述前置高压补偿腔中开设有两道环形节流腔，两道环形节流腔同心设置。本优化避免高压介质瞬间泄压造成压力剧烈波动，保证轴向平衡力连续平稳变化。

17、本发明的有益效果为：

18、1、依靠离心力自动改变平衡回路过流面积，给水流量变大则泄压流量同步放大，给水流量减小则自动关小泄压通道，真正做到 “流量变、平衡压力同步自适应”，解决固定间隙平衡盘变工况失衡难题，实现流量自适应调节。

19、2、全程稳定维持平衡盘前后压差，转子轴向窜动量由 0.3mm 以上控制在 0.05mm以内，轴向平衡效果大幅提升。彻底消除平衡盘端面干摩擦，平衡盘使用寿命提升 6～10倍，大幅减少焦化厂设备停机检修频次。

20、3、在给水负荷连续调节过程中，轴向推力始终处于动态抵消状态，轴系振动值稳定达标，推力轴承长期低负荷运行，轴承故障率显著下降。

21、4、采用双级节流稳压腔抑制高压水压力冲击，平衡盘周向压力均匀，不会产生偏心推力，主轴径向跳动小，压力波动小，运行噪音更低。

22、5、该装置通用性强可直接替换 dg 系列锅炉给水泵原装平衡盘，不需要改动泵壳、主轴、平衡管路，现场拆装仅需 1～2 小时，非常适合焦化厂在用给水泵技改。且突破传统平衡盘仅依靠间隙被动补偿轴向力的技术局限，把离心流量自动调节阀集成在平衡盘上，实现平衡回路泄流量跟随锅炉给水负荷自动连续调节；既解决了变流量工况下轴向力失衡、转子窜动、平衡盘频繁磨损的行业痛点，又保证了给水泵在大范围负荷调节时轴系始终平稳运行，特别适合焦化厂锅炉连续变负荷供水场景，改造简单、运维成本低，推广价值极高。