给水系统概述

第一节给水系统概述

我国目前已采用的600MW汽轮机组给水系统主要设备包括两台50%的汽动给水泵及其前置泵，驱动小汽轮机及驱动电动机，电动给水泵、液力联轴器及其驱动电动机，电动给水泵的前置泵及其驱动电动机， 8号、7号、6号高压加热器等设备以及管道、阀门等配套部件。对于600MW汽轮机的给水泵组，目前已采用的基本配置是：两台50％的纯电调汽动给水泵和一台25％一40％的液力调速的备用电动给水泵。

一、给水系统的要求和配置

1、给水泵组要求

为了适应机组运行时负荷变化的要求，汽动给水泵和电动给水泵要有灵活的调节功能。要求汽动主给水泵的小汽轮机的调速范围为2700一6000r/min，允许负荷变化率为10%/min；要求电动给水泵组从零转速的备用状态启动至给水泵出口的流量和压力达到额定参数的时间为12～15s ；要求主汽轮机负荷在75％以下时，给水调节功能应能够保证锅炉汽包水位在士15mm范围内变化，不允许≥±50mm（对于直流锅炉，则要求保证压力、流量在允许的范围内）。一般给水泵的出口不设调节阀，前置泵的流量等于或略大于主给水泵的流量。小汽轮机的汽源，通常采用高压蒸汽和低压蒸汽联合（可相互切换）供汽，以便满足给水泵小汽轮机调节品质的要求。

2、给水泵组配置

根据机组冷却方式和机组容量，给水泵组的配置多种多样。湿冷机组给水泵组配置方案有：二台50%汽泵和一台30%电泵启动备用泵；二台50%汽泵和一台 30%电泵启动泵；二台50%汽泵，不设电泵；一台100%汽泵和一台30%电泵启动备用泵；一台 100%汽泵和一台30%电泵启动泵；一台100%汽泵，不设电泵。间接空冷机组给水泵组配置方案与湿冷机组类似，但是汽动给水泵的配置方式根据小机排汽的冷却方式又可分为湿冷、间接空冷两种。直接空冷机组给水泵组的基本配置为：3台50%电泵，互为备用；2台50%电泵，无备用泵；但采用电泵方案的机组增加了厂用电率，根据目前国内电网的调度方式，会降低电厂的卖电收益。结合电厂的标准煤价、水资源等因素经综合经济比较后，运行给水泵也可采用汽动给水泵方案，汽动给水泵汽轮机可采用湿冷、间接空冷或直接空冷方案。例如，已投运的大唐托克托电厂三期的 2×50%汽动给水泵汽轮机采用湿冷方案、华能铜电厂 600MW 空冷机组 2×50%汽动给水泵汽轮机采用间接空冷方案，对于直冷给水泵汽轮机，考虑到其与主机采用同一冷却系统，小机背压比汽轮机背压更高，其末级变工况范围更大，尾部运行条件更恶劣。同时，由于空冷给水泵汽轮机背压高，有效焓降小，对给水泵汽轮机的出

力影响大，在夏季不利大风工况时，直接空冷给水泵汽轮机将出现与主汽轮机抢汽现象。故考虑其设计制造成本及对电厂热力系统的稳定性影响，尚没有在 600MW 及以上超（超）临界机组上采用直接空冷汽动给水泵方案。超临界、超超临界机组直冷机组目前给水泵组配置有两种，一种是2×50%的行星齿轮调速的电泵方案（如蒲城电厂三期）。另一种是3×35%的常规一级液耦调速的电泵方案（如榆横电厂）。

中国电力企业联合会 2009 年发布的近五年火电机组给水泵组运行可靠性指标，运行系数 51.19％，可用系数 93.95％，非计划停运率 0.28％。由此可知，随着设备制造质量和电厂运行维护水平的提高，设备的非计划停运率逐年降低。电厂实际运行中备用泵的使用率也较低，有的电厂在后期取消了电动启动备用泵。

根据国内给水泵和给水泵汽轮机的运行情况来看，无论是配置 2×50%汽动给水泵还是配置1×100%汽动给水泵组，其可靠性均能保证机组长期安全运行，大修的间隔完全能做到与主机相同或更长，随着设备制造质量和电厂运行维护水平的提高，设备的非计划停运率逐年降低，本着尽量节约投资、优化系统、减少运行维护量的原则，近期建设的机组大部分采用不设备用电动给水泵的方案。也有发展配置 1×100%汽动给水泵组的趋势。

3、锅炉给水流量控制

正常情况下，锅炉给水流量主要通过汽泵转速、电泵勺管开度来调节，给水操作平台辅助调节。如果给水泵没有增压级，给水操作平台用来调节减温水差压；如果给水泵有增压级，操作平台在高负荷时将全开，减少节流损失。很多进口机组已经取消了给水操作平台。

启动初期锅炉给水流量通过汽包水位单冲量调节，当锅炉负荷增加到25%MCR时，锅炉给水流量通过汽包水位、给水流量、主蒸汽流量三冲量调节。

二、给水系统的形式

1、低压给水系统

因给水泵前后的给水压力相差很大，对通常管道、阀门和附件的金属材料要求也不同，所以分为低压和高压给水系统。

由除氧器给水箱经下水管至给水泵进口的管道、阀门和附件组成，由于承受的给水压力较低，称为低压给水系统。低压给水又分为单母管制和切换母管制两种，单母管制是下水管接在低压给水母管上，由母管分配到给水泵中。切换母管制是一台除氧器与一台给水泵组成单元，单元间用母管连络，备用给水泵接在切换母管上。

2、高压给水系统

由给水泵出口经高压加热器到锅炉省煤器前的管道、阀门和附件组成，由于承受的给水

压力很高，称为高压给水系统。高压给水管道系统分为：集中管道制、切换母管制、扩大单元制和单元制四种。单元制是一个给水泵将高压给水集中到高压给水母管后，分别供给各台锅炉。

三、锅炉给水系统管道种类

1) 集中母管制系统

其特点是系统安全可靠性高，但系统复杂，耗钢材，阀门较多，投资大，适用于中、低压机组小容量发电厂的给水泵容量与锅炉不配和时，如高压供热式机组的电厂。

2) 切换母管制系统

这种系统的特点是有足够的可靠性，运行灵活。当给水泵容量与锅炉容量相配合时，压力母管和锅炉给水母管均采用切换式母管系统。

3) 单元制系统

其主要优点与单元制主蒸汽系统相同。因其系统简单，投资省，试用于中间再热凝汽式或中间再热供热式机组电厂。

4) 扩大单元制系统

给水系统由两个相邻单元组成扩大单元制给水系统，这种系统可靠性高，两个单元共用一台备用水泵，节省投资，运行灵活，在变负荷时可节省厂用电，我国高参数凝汽式发电厂均采用这种系统。

四、给水泵组组成和性能

1、前置泵

（1）总则

该泵为水平、单级轴向分开式，具有一支撑在近中心线的壳体以允许轴向和径向自由膨胀，从而保持对中性。该泵整体安袋在袋有适合的排水装置的刚性结构的泵座上。

（2）壳体

壳体为高质量的碳钢铸件，是双蜗壳型、水平中心线分开、进出口水管在壳体下半部结构，这样可避免在检修时拆开联接管道。壳体水平中分结合面上状有压紧的石棉纸柏垫。

为了减少法兰盘在压力载荷与热冲击联合作用下的变形，采用了高强度螺栓，并采用圆柱帽螺母以便于采用最小螺距。壳体通过一与其浇铸在一起的果脚，支撑在箱式结构钢焊接的泵座上，壳体和泵座的接合面接近轴的中心线，而键的配置可保持纵向与横向的对中并适合于热膨胀。壳体上盖上没有排气阀。

（3）叶轮

叶轮是双吸式，不锈钢铸件，加工至精确的配合公差并经过动平衡，双吸式结构可保证叶轮的轴向力基本平衡，在自由端上装有一双向推力轴承。叶轮是由键固定在轴上，轴向位置是由其两端轮级的螺母所确定，这种布置使得叶轮能定位在蜗壳的中心线上。

（4）轴

不锈钢锻件，除应力状态，在淬火和回火前先粗加工，热处理后，进行切削加工至径向留3mm余量，然后将轴置于一垂直炉中除应力，再进行最后加工磨削。

（5）叶轮密封环

该环减少泄漏量，安装在壳休腔内，由防转定位销定位。

（6）轴承

泵状有滚动轴承，轴承装在牢固地连接在泵壳端部支撑法兰上的轴承托架上。轴承为稀油润滑，装有冷却水室及温度测点。

（7）轴封

泵装有机械密封，该机械密封为平衡型，由有弹簧支承的动环和水冷却的静环所组成，分开的填料箱设有一水冷套，从而使机械密封旋转部分周围的温度较低。

（8）联轴器

泵与电机之间的迭片式联轴器是柔性与扭转刚性兼有的金属迭片式结构。

（9）泵座

泵座是重型固箱形截面的型钢结构。

2、汽动和电动水泵

（1）总则

泵为水平、离心、多级筒体式，由下面二个主要部件组成：

a)筒体：组成泵的主压力边界的一部分，焊接在管路上，中心线位置处支承在型钢结构的

泵座上。

b)泵内部组件：可以整体从泵筒体内抽出，与筒体一起构成泵的主压力边界。这种设计，

由英国高级给水泵发展而来，利用备用芯包，使得维修时间大为减少，芯包内包括有泵所有的易损部件，并具有互换性。

水泵由进口侧泵脚下的一对横向键轴向定位在联轴器端，筒体下有一轴向键，这种布置，使泵能在所有温度情况下保持与驱动机的对中性，并将管道载荷传递到泵座上。在泵脚和泵座间装有铜质滑块，从而保证能自由地热膨胀和良好的接触。

筒体力具有良好焊接性能的锰钢锻件，进口支管为碳钢铸件，焊接到筒体上，出口支管为锻钢件，也焊接在简体上。这种结构，使得在拆开联轴器和辅助管路并松下大端盖螺栓后，就能将整个芯包作为一个整体拆下来。因此，在较大故障停机时，必要时可在约24h 内拆厂内部的芯包，为此，专门提供了一套芯包拆装工具。

大端盖是锰钢锻件，与未级导叶有止口套接，在大端盖和简体之间有一O型圈，形成一高效的密封，这个密封圈嵌在筒体的凹槽内。大端盖的螺栓是由液紧装置液紧，液紧装置能给大螺栓精确地预加载，由于载荷可以渐渐加上，喘盖变形的可能性是最小的。使用这种工具能够快速拆浆端盖从而快速拆装整个芯包。大端盖与筒体的结合面加工到好的光洁度，最内一级内泵壳与筒体之间有垫圈，该垫为镀铜钢圈，二面都加工到很好的光洁度并经研磨。

内泵壳选用耐腐蚀和冲蚀的13％铬钢，相邻内泵壳间的接口为止口套接式，并嵌有O 型圈，导叶环同样是13％的铬钢，各级导叶内定位销定在前级泵壳上。

所有级间销子都是全封闭式，不与泵送液体相接触。如果出现销子失效或松动，该销子不会从泵出口处排出。

每个内泵壳和导叶的内孔上都装有可更换的颈环。每个须环都设计为特殊几何形状，加工安装到各孔内，这种形状使其能保持平板衬套的静压力刚度，且大大地减少泄漏，不需要其它专门的防泄漏装置。

内部组件为内泵壳和导叶固定联接件，由未级导叶和出口大端盖间的蝶型弹簧固定在筒体上。这种弹簧在组装和停机时给接合面提供足够的静压力从而允许内部组件自由膨胀。当泵运行时，水力压差建立，从而保证接合面问严实的密封。

进口导向件在泵进口测由一闭式止口套接定位，以保证安装芯包时其内部组件的对中性，这种止口套接保证了进口导向件可由拉紧环紧固地定位的筒体上，同时又能在热波动时自由膨胀。

筒体内所有受高速水流冲击的区域都镀以不锈钢奥氏体镀层以防止冲蚀。所有接合面也是用同样的方法保护的。

（2）转动元件

该泵与韦尔公司其他许多已在电站连续运行的锅炉给水泵一样为刚性转子，从而保证了极高的机械可靠性，使发生超标准振动或内部接触的风险微乎其微。

韦尔泵刚性转于的基本设计特点：

a)液体中的最低临界转速超过最大运行转速的130％；

b)即使泵内部运行间隙磨损到设计值的两倍时，液体中的最低临界转速不会降至最大运行

转速的120％以下；

c)标准的轴扭转剪切应力是保守的，不超过60N／mm2（8s001bf／in2）；

泵轴为马氏体不锈合金钢锻件，经粗加工、热处理、磨削和精磨加工，径向轴承档镀以铬层以防止咬轴，轴上所有螺纹用单头刀具按高标准加工成形，所有截面变化处和螺纹尾

部都采用圆角过渡。所有热处理都在轴垂直放置时进行。

（3）水力部件

泵中所用的叶轮和导叶为13％铬不锈钢精密浇铸件，流道用陶瓷模芯法浇铸，由此而获得极好的表面光洁度和强度，高精度的时形和高重复性。叶轮和导叶具有与一些大型电站已安装使用的给水泵相同的比转速，因此，该泵的水力特性是已确立的。

径向间隙是根据效率、临界转速和轴挠度标准所制定。叶轮上没有装磨损坏，但在其易磨部位留有足够的金属以备万一运行磨损时可车去并配上环。叶轮和静磨损环材料有硬度差，叶轮的硬度为235一321VPN，静磨损环为380一430VPN。

叶轮轴向由卡环定位，卡环为两片式嵌在轴上，卡环定位在叶轮的凹槽内以防其转动时飞出。叶轮在轮毂位置紧套轴上以固定叶轮并起到叶轮的级间密封，扭矩是由与之相配的键传递。选用键槽的最小内圆角保证最大应力集中系数为3.0。

（4）中间抽头

第二级上有一中间抽头。由二个密封圈在芯包与筒体间密封，并在前二级泵壳外形成一周向空间。在次级内泵壳上有一圈径向孔，使得次级压力水进入周向空间。在筒体上有一抽头口，使次级抽头水从周向空间输向中间抽头接头。

中间抽头位于筒体的左侧（由联轴器向简体端方向看）,与进口管成30°夹角。汽泵在左下侧，电泵在右上侧；DG600－240Ⅰ泵（参见图23）的中间抽头是在第二级内泵壳上有一径向孔，与外筒体上的中间抽头法兰孔相通，中间插入带法兰短管，短管下部径向有密封件阻止高压水泄漏至中间抽头管，上部法兰平面有Mefaflex垫防止抽头水外泄。

（5）平衡装置

泵的水力平衡装置为平衡鼓装置，平衡鼓装在轴的未级叶轮后面。平衡鼓在固定于大端盖上的节流衬套内旋转，成为一减压装置，出口压力作用于未级叶轮不平衡区，使得总有一指向进口端的剩余推力存庄，使轴处于拉伸状态。

平衡鼓压装在轴上，轴向由轴肩定位，并衣低压侧由一螺母拧紧，平衡鼓由键定位在轴上并由螺母锁紧。平衡鼓选用不锈钢锻件材料，在节流衬套内转动，节流衬套材料专门选择，以保持其与平衡鼓的硬度差及叶轮及其村套问的硬度差相同。

节流衬套内孔上加工有一组浅的平衡槽，在端面加工了若干漩流断口，这种结构提高了流体静力刚度，同时又大大减少了泄漏。

（6）轴承

a)径向轴承：

泵轴是由一对普通圆柱型径向滑动轴承所支承，轴承为鸟金衬套强制油润滑型，涧滑油来自主润滑油系统，轴承由轴承压盖固定，轴承压盖由螺栓固定在下半部轴承支架上。当上半部轴承支架装上后，形成一360°的法兰支承面直接联在进口或出口端盖上。整个组件由销子定位，以保证能精确地重新组装，在大修时，轴承与轴可以一起解体。

b)自位瓦块式推力轴承：

自位瓦块式推力轴承对两个方向的推力载荷是有相同的承受容量的，适用于两个旋转方向。推力环组件由支承环组成，瓦块均布在支承环上各单独的定位件之间，瓦块外径嵌在支承环的法兰内，瓦块通过定位件的头部嵌在其两侧的凹槽内来较松的定位，使得工作时瓦块能自由倾斜但不会掉下来。推力轴承设计得尽可能小的功率损失且不降低承载能力。推力轴承安装在一轴向中分的轴承腔内，该腔体在自由端轴承室内，而轴承室本身也是轴向中分的。

这种布置有下列优点：

a)推力盘可在轴承腔未装上前就装在轴上，使得能精确地检查内侧（承载侧）面的

飘偏和轴向定位；

b)只需简单地拆下上半部腔体不拆下推力盘就可观查成组的推力轴承，因此，可就

地检查和更换瓦块而不用拆下推力盘，使这一关键元件错装的风险很小；

c)使得能够目检轴承组件。推力轴承的设计是根据对以前用相同水力部件的设备测

量的轴向推力特性进行的。

（7）轴端密封

泵装有固定衬套注射密封水卸荷型迷宫密封，保证泵在运行时密封水不进入泵而泵送水不泄漏出来。冷凝水注射到密封腔内向泵送水方向流入，在卸荷环内与外漏的泵送水相遇，在那里由管子再联通到前置泵进口，只要密封水压力保持高于前置泵进口压力，就不会从密封腔里漏出热水。还有一些凝结密对水沿着迷宫密封泄漏经U形管到凝汽器。当电动泵处于静上状态，凝结密封水压力略高于泵进口压力，冷的凝结水进入泵内帮助泵更快地冷却，这样可防止热分层形成而造成变形。

迷宫密封是平行单直径布置，固定衬套是锯齿孔型或密封轴套和衬套分别加工反向的双头螺旋槽。密封可只进行少量的拆卸工作将其作为子部套拆下来。当汽动泵备用或盘车时，一个暖泵系统可防止温度分层而引起轴弯曲。

（8）泵座

泵座是轧制型钢的焊接件结构，布置成在中心线处支承水泵。泵座整个结构设计为既

能保证刚住叉无受形。