高温给水泵轴热膨胀行为研究
董大为
（河南晋开化工投资控股集团有限责任公司，河南 开封 475000）
[摘 要] 蒸发冷凝器是将化学能和核能所产生的热量转化为蒸汽热量进而提高能量利用率的装置，广泛应用于化工过程机械和核反应堆中。高温给水泵是蒸发冷凝器主要的给水设备，高温工作状态下泵轴的热膨胀使得各运动件间的配合关系发生显著变化，进而导致高速旋转时泵轴、轴承等失效事故频频发生。针对上述问题，基于虚功原理和热变形理论，建立泵轴在温度场作用下的应力场和位移场计算模型，研究不同温度及不同轴径条件下高温给水泵轴的热膨胀行为，为高温给水泵轴及相应配合关系的合理设计提供依据。采用此法计算所得热变形量，为河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司某车间高温给水泵轴与泵预留膨胀间隙改进提供了依据，并成功应用。
[关键词] 高温给水泵；泵轴；热膨胀；有限元计算模型；轴向变形；径向变形；热应力；应用分析
[中图分类号] TQ0511.21 [文献标志码] B [文章编号] 1004-9932（2018）01-0053-03
0 引 言
蒸发冷凝器是将化学能和核能所产生的热量转化为蒸汽热量进而提高能量利用率的装置，广泛应用于化工过程机械和核反应堆中，而高温给水泵是蒸发冷凝器主要的给水设备。为了提高高温给水泵的使用寿命和工作效率，国内外专家、学者对此开展了大量的研究工作。一些专家、学者对给水泵内部的流场进行分析，获得了内部流场的优化结构，大幅提高了给水泵的工作效率[1-3]。齐学文、于洪昌等[4-5]对给水泵的结构进行了分析，并研究了给水泵作业可靠性的评价方法。何玉杰等[6]对高温高压给水泵流体动压机械密封方法进行了研究，并提出了提高密封可靠性的措施。曾琦等[7]提出了汽动给水泵替代电动给水泵的改进措施，并对其经济价值作以了分析。李翔等[8]建立了给水泵系统核心装置液力耦合器的过程动态数学模型，并在此基础上进行了控制系统的仿真和实际应用。闫晓宇等[9]针对某厂给水泵发生的汽蚀故障，提出了符合现场实际运行条件的给水系统及管路布置方式，为解决汽蚀问题提供了方法。史文玎等[10]利用Fluent对给水泵阀内流场进行模拟，分析了典型工况下阀内压力、速度分布，并提出了改造建议。以上研究工作等从不同角度对给水泵的改进与工况优化作了阐述。然而，目前尚未见到有对于高温给水泵在高温条件下泵轴各运动件间配合关系的合理设计依据，实际应用中大多依据常温工况选择泵轴各运动件间的配合关系，导致泵轴、轴承等失效事故频频发生。
本文针对上述问题，以SCS型高温给水泵轴及其相似结构为例，通过对高温给水泵轴热膨胀行为的研究，分析与探讨不同温度条件下高温给水泵轴的变形量，为其运动件间配合关系的合理设计提供依据。
1 高温给水泵轴结构
SCS80×9型高温给水泵轴总长度为1 616 mm，泵轴存在配合关系的面主要有轴承安装面、密封套安装面和叶轮安装面，其结构示意如图1，泵轴主要结构尺寸见表1。
更多内容详见《中氮肥》2018年第1期