某大型锅炉给水泵热态性能试验台设计

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近年来，600MW及以上火电或核电锅炉给水泵出厂前的热态性能试验被越来越多的用户要求，但目前国内尚无已建成的完整的该类型试验台。当前，针对600MW及以上锅炉给水泵，国内主要锅炉给水泵生产厂家只能实现较大降速的冷态闭式试验或简单临时管路的低精度热态运转试验，无法实现完整的热态性能试验和气蚀试验。

201 1年，本项目组承接国内某锅炉给水泵制造商设计大型锅炉给水泵热态性能试验台的设计。项目组借鉴本项目组于 2010年已完成转化的某核主泵试验台的设计理念，反复多次讨论并进行了大量论证，针对管道应力、位移和设备接口受力情况进行的大量计算，最终确定了-套安全可靠、高精度、作者简介曾鹏(1986 )，男，浙江杭州人，工程师，从事工艺设计与研究，(电子信箱)zengp###chinacuc.COm。

易控、复杂的锅炉给水泵热态性能试验台。该试验台设计得到相关专家组的认可。2012年9月，本项目组完成了上述项目的全部设计。本文对该试验台做出总结，供今后同类和类似项目的设计参考。

2设计要求该大型锅炉给水泵热态试验台的设计要求主要包括实验内容和试验台技术参数。

2.1试验内容锅炉给水泵的试验内容-般包括运转试验、性能试验和气蚀试验。运转试验指泵在规定转速下及工作范围内检查泵的轴承和填料的温升，填料的泄露密封，噪声和振动隋况。性能试验指测得泵的主要眭能参数值，如流量、扬程、输入功率、转速和通过计算得到的泵的输出功率及泵的效率等值，以及他们之间的相互关系曲线，即扬程.流量曲线，输入功率.流量曲线、效率-流量曲线。气蚀试验指通过试验的方法，得出试121I工程建设与设计Construction&Des洄ForProject验泵将要发生气蚀现象时的汽蚀余量。

本试验台主要承担 125MW600MW 亚临界机组和600MW超临界机组配套锅炉给水泵的下列试验：(1)冷态(水温低于 50C)运转试验和性能试验；(2)热态(水温介于 1 10C与 185C之间)运转试验和性能试验；(3)冷态气蚀试验，水温低于50"C，3，确定锅炉给水泵的临界气蚀余量与流量之间的关系。

表 1试验台主要技术参数馨瓣翳参数 软化水，80 900 3 30 <-50 110185 200单位 m3/h m3/h MPa MPa ℃ ℃ ℃软化水：不含或含较少可溶性钙、镁化合物的水。

3试验台系统3.1驱动系统锅炉给水泵的驱动系统利用原有设备，包括交流电源(6300kW，6kV)、主驱动异步电动机 (4000kW，6kV，2980r/min)、增速齿轮箱(4000kW，2980r/min， 1.46)和联轴器。锅炉给水泵的试验转速为2980r/min和4365r/min，根据不同试验泵的转速值考虑是否在主驱动电动机和试验锅炉给水泵之间设置增速齿轮箱。

3.2主回路系统主回路系统(见图 1)在其他辅助系统(压力保持系统、冷却系统、应急排放系统和润滑油系统等)的配合下完成运转试验、性能试验和气蚀试验。主回路管道中，DN150mm管道测量0350m3/h流量；DN25mm管道测量350-1000m3/h流量。

3.3压力保持系统122图 1主回路系统压力保持系统(见图2)用于调节保持锅炉给水泵进口处水压，主要包括 1个回路存储罐(容积 8m，)、2台高扬程离心加压泵(1用 1备)、1台低扬程离心加压泵、真空保压系统和 l台排空泵。其中，真空保压系统主要包括 1台射水抽气器和主回路-段T”形管。

冷态试验和热态试验时直接采用离心加压泵调节保持锅炉给水泵进口水压；冷态气蚀试验时采用低扬程离心加压泵和真空保压系统调节保持锅炉给水泵进口水压。试验完毕后，采用排空泵将主回路系统中的水排至回路存储罐。

图 2压力保持系统3.4冷却系统主回路系统设有300m2和 9Omz两台回路换热器用于调节保持主回路试验软化水的温度，分别适用于冷态(气蚀)和热态试验。另设 1台热水循环泵，用于热态试验后将主回路试验软化水温度降至室温。

3.5应急排放系统应急排放系统用于主回路系统压力过载保护，主要包括1个主回路安全阀(PN64 DN50，整定压力 3.8MPa)和 1个应急减压罐(容积 lm3)。

3.6润滑油系统润滑油系统用于提供锅炉给水泵及其主驱动电动机、增速齿轮箱所需润滑油。

其中，润滑油站主要包括油箱(有效容积6m )、2台螺杆油泵、双联冷油器(冷却面积60m：)、双联滤油器(过滤精度40wm)及压力油箱(有效容积lrn3)。

4主回路管道计算本试验台管道系统内采用高温高压的软化水作为循环介质。为保证管道系统的安全生、可靠性和持久性，本项目在主回路管道多处设置 ”形结构，灵活布置支吊架，并采用管 陌 嘲 冈 - '. 例- 僦 上牲.： 二 二管鹱嘲-阵计又触 水谓阿 L t h例-啪 蝴 她匝l ： ÷CAESARII5.0对主回路系统的管道应力值、管道位移量和设备接口受力情况等进行计算。

4.1主回路管道模型根据系统原理图，设计布置试验站管道。为适应不同的锅炉给水泵的接口位置，进口管道采用s”形结构。根据是否设置增速齿轮箱分别建立模型并计算。设置主回路管道的材料、温度xt-、压力条件和边界条件等。其中，温度和压力的伪彩色分布图见图3～图6。

图 3温度分布 (直接驱动)图4压力分布(直接驱动)图5温度分布(间接驱动)图6 压力分布(间接驱动)制造工程设计I肺删扣c 西神”c咖 腑 Il4.2计算结果采用CAESARII5.0对上述物理模型进行计算，得出管道应力值、管道位移量和设备接口受力情况等结果。

4.2.1直接驱动主驱动电动机直接驱动锅炉给水泵时，最大-次应力率为30.5%(允许应力值为 137MPa)，最大二次应力率为 14.5%，二者均小于 100%，故通过应力核算～管道所有位置的-次应力和二次应力值分别以伪彩色分布图绘制(见图7、图 8)o图 7 -次应力(直接驱动)： 。，图 8 二次应力(直接驱动)所有管道最大位移为沿着测量管段伸长24.7mm，属于工程可接受范围。

表2设备接口受力情况(直接驱动)锅炉给水泵进口设计压力为3MPa，进口法兰选用PN63DN300的对焊突面法兰。由于灵活的s”形结构，锅炉给水泵123l工程建设与设计Construction&DesignForProject出口上方承受了5个该型号法兰的重量。每个法兰的计算重量为70kg，5个法兰总重350kg，加上管道重量，二者成为锅炉给水泵进口在-)，方向受力的主要因素。

锅炉给水泵出口设计压力为 30MPa，出口法兰选用PN420DN300的对焊突面法兰。该出口法兰的计算重量取值为730kg，这是锅炉给水泵出口在 方向受力的主要因素。

4.2.2 间接驱 动主驱动电动机通过增速齿轮箱间接驱动锅炉给水泵时，最大-次应力率为30.5%(允许应力值为137MPa)，最大二次应力率为20.1%，二者均小于 100%，故通过应力核算～管道所有位置的-次应力和二次应力值分别以伪彩色分布图绘制(见图 9、图 lO)。

图 9 -次应力(间接驱动)图 10二次应力(间接驱动)所有管道最大位移为沿着测量管段伸长24.7mm，属于工程可接受范围。

表 3设备接口受力情况(间接驱动)124间接驱动方式与直接驱动方式相比，设备接口受力的区别主要在于锅炉给水泵进口处。锅炉给水泵进口与直管段-处固定支架之间形成1T”形结构，与直接驱动方式时相比，此时两固定点之间直线距离增加，故给水泵进口受力相应增加。

5总结针对 125Mw～6o0Mw亚临界机组和 600MW超临界机组配套锅炉给水泵，本文设计了能够实现完整的冷态、热态性能试验和冷态气蚀试验的试验台。设计内容包括系统原理图、设备选用和管道布置。鉴于锅炉给水泵试验高温高压的特眭，本文就主回路管道进行了应力、位移和设备接口受力等计算，并对结果进行了分析。计算结果，进-步验证了设计的合理性和安全眭。