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        齒輪泵在船舶上的應用

        船用泵,無論是用在商船上,還是用在軍艦上,都可以分為以下幾類:包括與船舶推進系統有關的泵、配備在發電機系統上的泵、用于船舶服務系統的泵、為船員和乘客提供旅店服務的泵和用于貨物裝卸和其他特殊用途的泵。

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        KC鏈輪聯軸器(現貨供應)
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        由于船用泵必須在移動的平臺上工作,所以這種泵就要求能承受因船舶運動(如:縱向顛簸,起伏等)產生的動載荷。此外,這類泵還要經常在熱、潮濕以及可能具有腐蝕性的環境中工作。另外,船用泵必須頻繁地適用于在一定范圍的流速下運行,以適應從船舶全速行駛到停泊時推進設備的各種情況。此外,尺寸盡可能。ㄌ貏e是所要求的甲板空間)和質量盡可能輕,這兩者也是設計船用泵應重點考慮的因素。由于這個原因,許多船上的泵都是垂直安裝的(圖1和圖2),小型裝置也常常是緊密耦合的(圖3),泵的旋轉部件直接連接在驅動器軸上。為了使它們能夠在顛簸和搖晃的情況下還能穩定運行,立式安裝泵的基礎要比岸上泵的基礎要打。用于制造船用離心泵的材料見表1。

        接下來介紹的是船用泵的設計特色。這些信息通常是定性的;但是,由于特定的工況以船主和設計師的偏好,這些特色并不能適用于任何情況。

        推進系統中的應用
        蒸汽透平機推進的船舶

        ①給水泵
        主給水泵是用來將水返回給蒸汽驅動的船舶鍋爐或蒸汽發電機。在一艘典型的帶有礦物燃料的鍋爐的船舶上,主給水泵從給水除氣箱中吸入水,再將水排入每個船舶鍋爐的汽包里。大多數情況,主給水泵排出管線連接兩根分開的但都通向鍋爐的管線:一條是主給水管,另一條為輔助給水管。此外,給水在進入蒸汽汽包之前,通常要經過一個或多個加熱器。盡管多數情況船舶上僅用一臺給水泵來滿足整艘船舶的給水要求,但一些船舶還是提供了多個部分負荷的并聯給水泵租來完成船上的給水任務。通常船上還有多余的泵作為備用泵。

        船舶上典型給水泵的類型包括單級和兩級離心泵,他們通過緊密地耦合方式連接到蒸汽透平上(圖4),另外還有柔性耦合到蒸汽渦輪機或電動機上的多級泵。盡管柔性耦合泵通常有鑄造的、軸向剖分的窩殼(圖5),但有時仍適用帶有擴壓器的筒式泵以及鍛造的圓柱體泵殼。透平驅動的給水泵通常臥式安裝,而電動機驅動的給水泵既可以是臥式又可以是立式安裝。

        電動機驅動的給水泵可能是具有脂潤滑的外部軸承。透平驅動的給水泵內的軸承通常用油潤滑,潤滑油通過軸驅動轉子泵循環。這種泵排出的油通常也潤滑透平的軸承,也可以用在泵的調速器內。濾網、過濾器和用海水冷卻的換熱器經常被安裝在潤滑油循環系統中。在許多蒸汽透平驅動的船舶上,透平驅動的給水泵所適用的潤滑由于用于主推動器潤滑油系統的油具有相同的等級。

        盡管許多船用給水泵都用裝滿填料的填料函作為軸封,用以減少從填料函的泄漏,但一些給水泵仍采用機械密封。此外,有時也使用冷凝水注入型軸封,它包括一個迷宮式固定斷裂襯套,或者是軸向排列的一系列通過彈簧加載的浮環。當帶有冷凝水注入型軸封的給水泵工作時,冷卻用的冷凝水被注入軸封里,填充了非旋轉的密封環和旋轉的軸套之間的徑向間隙。少量的冷凝水可能會流到泵里,其余的則向外流到收集室,通常被送回船舶的密封液冷凝器中。

        在恒速運轉時,由主給水泵輸送到鍋爐的水量通過一個自動給水控制調節閥的節流來控制。當用蒸汽來驅動給水泵時用控制閥節流調節的量通?梢酝ㄟ^控制供應到泵驅動設備的蒸汽量來調節,因而,泵的操作速度調節常通過一個恒壓或者一個恒壓差調速器來調節。
        恒壓調速器自動調節給水泵的工作速度,以保持在泵的排出口有一個恒定的壓力。如果鍋爐負荷減小,給水控制閥開始關閉,給誰的排出壓力將上升,泵輸送到鍋爐的給水量將降低。然后恒壓調速器將會按應到排出壓力的上升,進而降低泵的速度,直到壓力回到期望的值。由于速度降低,調節閥必須關閉以限制給水流速的量也將降低。類似的,鍋爐負荷增加時,會有想法的效果。

        恒壓差調速器(有時指超壓調速器)調節給水泵的工作轉速,使泵排出壓力和鍋爐一側的給水控制閥的壓力之間保持一個固定的差值。由于進入鍋爐的給水流量的變化首先是泵速變化的結果,給水控制閥的節流活動就可以大大降低。

        為了防止給水系統出現壓力過高,在主給水泵的排出口一側通常安裝一個安全閥。此外,為了防止給水泵低流量下工作,當鍋爐負荷降低時,通常在泵排出管和給水除氣箱之間連接一根再循環管。再循環管中通常裝有一個孔板,用于限制流量和降低再循環管中的壓力,使其和給水除氣箱中的壓力相匹配。另外,通常也在給水泵的再循環管中安裝一個在高負荷操作時能夠關閉的閥。

        用于驅動給水泵的蒸汽透平通常具用低潤滑油壓力保護系統、超速保護系統和高渦輪排氣壓力斷開裝置。此外,有時使用一個吸入口低壓斷開裝置來防止給水泵在太低的吸入壓力下工作,否則就會形成氣蝕、過熱和泵驅動設備負荷的降低等問題。

        除了主給水泵之外,一些蒸汽動力的船舶上也安裝一個小功率的給水泵,以備在船舶停泊時或緊急情況下使用,在停泊時,給水經常由蒸汽直接驅動的活塞泵(圖6)和電動機驅動得主賽往復泵完成,它們可以垂直安裝,也可以水平安裝。

        由于從給水除氣箱中除去的水的壓力往往等于其蒸汽壓力,主給水泵能得到的有效氣蝕余量與給水除氣箱中的水位高于給水泵的高度相等,在給水泵吸入管中產生損失較小。在給水除氣箱的高度不足以提供足夠的有效氣蝕余量的船舶上,在給水除氣箱和主給水泵之間通常要安裝單獨的電動機驅動的離心式增壓泵。增壓泵串聯通常以串聯形式安裝,但其轉速要比主給水泵小得多,它提高了進入主給水泵的給水壓力,因此降低氣蝕產生的可能性。

        ②主冷凝泵
        一臺典型的主冷凝泵在主冷凝器的熱井中吸入液體,并通過不同的換熱器,把冷凝水排放到給水除氣箱中。兩級或三級的立式離心泵常用在這種應用中。盡管許多泵由電動機驅動,但一些主冷凝泵仍通過減速此輪由蒸汽透平驅動。通常一臺主冷凝器提供兩臺冷凝泵,每臺泵都可滿足全負荷的要求。

        一臺典型的兩級冷凝泵在軸的頂端裝有脂潤滑的滾珠軸承,用于吸收軸向何徑向的載荷。此外,在兩個葉輪之間,通常安裝了一個內部水潤滑的徑向滑動軸套。第一級葉輪通常安裝在接近軸的下端,以增加它的浸沒深度。此外,它的吸孔朝上,從而使葉輪能夠實現自吸。為了便于排出可能進入泵中的空氣,通常一根排氣管從冷凝泵殼吸入端的一側連接到冷凝器的上步。第二級葉輪通常安裝在冷凝泵軸的上端,吸孔朝下。采用這種布置方式,可以使作用在第二段葉輪上的軸向推力與作用在第一級葉輪上的相反,從而泵軸上的止推軸承必須吸收的凈軸向載荷將會降低。另外,在軸封上的冷凝水已經通過了兩個葉輪,因而處于較高的壓力,這就防止了空氣通過軸封進入泵中。軸密封(可能由一個已填充了填料的填料函或一個機械密封組成)的有效性,通常還可以通過注入高壓的從泵的排出口冷凝水到軸封處,來加以提高。

        從冷凝器熱井中除去的冷凝水通常處于或接近于蒸汽壓力。因此,冷凝液泵所能得到的有效氣蝕余量與泵第一級葉輪到冷凝器熱井內水平面的高度相等,一般很少超過幾英尺,而吸入管內摩擦損失也很小。為了幫助提高主冷凝泵的有效氣蝕余量,通常船舶上把泵安裝得盡可能低,一般還帶有特殊的低氣蝕余量的第一級葉輪。

        如果冷凝泵通過蒸汽透平或變速電動機驅動,它的工作轉速就能夠隨設備負荷調節,這就使得從熱井中排出的冷凝水量與排入冷凝器的蒸汽量相符合。這通常是通過水位控制的方法來完成的。但是,如果使用恒速驅動設備時,通過主冷凝泵的輸送的冷凝水量是氣蝕來調節,也叫淹沒控制。當采用淹沒控制時,設備負荷的降低會導致主冷凝泵內熱井水位的降低,從而引起冷凝液泵所得到的有效氣蝕余量的降低。當有效氣蝕余量降低到泵多要求的氣蝕余量以下時,從熱井中排出的冷凝水量在泵內就會通過氣蝕而降低。當熱井內水位繼續下降時,氣蝕的產生量就會增加,被排出的冷凝水量就會繼續下降直到最后和進入冷凝器的蒸汽量相匹配。這種情況發生時,熱水槽中的水位將在一個高度上保持穩定。在此,冷凝泵的有效氣蝕余量與泵在新的排量下所要求的氣蝕余量相等。為采用淹沒控制操作而設計的泵需要有耐用的結構和較低的能級(每級),以防止氣蝕和氣蝕引起的振動所帶來的損害。

        為了避免在超量氣蝕下工作,恒速冷凝泵輸送量可以通過泵的排除控制閥來節流調節,以保持在冷凝器熱井中水位的恒定。然而,當采用蒸汽噴射器來脫除冷凝器中的氣體時,冷凝液在過低的流量下工作會導致冷凝器內部和后部的噴射器冷卻不良。另外,低流量下工作會導致喘振,這是因為冷凝泵內部吸入口和排除口之間的再循環引起的。為了防止這種情況發生和減少對冷凝泵排除管閥的節流的需要,通常使用一條連到冷凝器的再循環管線。這一管線在冷凝管排出口處與一個三通相連,使空氣噴射器和填料排液冷凝器中的液體向下流。如果熱井水位下降,采用這種布置方式就可以使再循環管線中的閥打開,以自動或手動的方式,允許一部分冷凝液泵排出的水流回冷凝器中。因此,熱井內的水位就能夠維持在一定的位置,足以滿足氣蝕余量的要求。此外,因為冷凝泵總是能夠在或接近額定流量下運行,所以能避免泵在低流量的工況下工作。另外,在設備起動和低負荷運轉期間,能夠保持冷凝水在空氣噴射器(如果使用的話)冷凝器和船舶的密封排液冷凝器中充分流動。在一些情況下,冷凝水再循環管線也可能配有一個恒溫控制閥,當換熱器排除的冷凝水的溫度超過了某一設置的值時,閥就會打開,使進入空氣噴射器的冷凝器中的冷凝水流量增大。

        ③冷凝器排氣泵
        有時用電動機驅動的液環真空泵來代替蒸汽噴射器來排除主冷凝器中的氣體,由于液環真空泵產生的真空受到泵殼內液體的蒸汽壓力的限制,而且蒸汽壓力隨溫度升高而升高,因此,在冷凝器排氣泵將氣體排除后,液體和氣體就實現了分離,然后液體就必須先送到換熱器內進行冷卻,再返回泵內。每臺主冷凝器通常都配有兩臺泵,每一臺都能全負荷工作,使設備保持所要求的真空度。

        ④淡水排出、收集罐泵
        一臺淡水排出收集罐泵(FWDCT)(有時指排水罐抽氣泵)將冷凝水(從未受污染的排水管中收集,壓力大于大氣壓力)從淡水排出收集罐輸送到給水排氣罐內(DFT)。電動機驅動的單級離心泵經常使用于此。通常由兩個全負荷的泵承擔輸送任務,用這種布置方法,管線泵通常就可以通過一個排水罐上的浮閥控制器自動起動和停機。淡水排出收集泵輸送的冷凝水溫度通常未200~210°F(93~99℃),接近水的沸點,所以為了增加船舶上的淡水排出收集罐泵的有效氣蝕余量,需要將它們盡可能遠地安裝在排出罐下面。

        ⑤主循環泵
        在以蒸汽為動力的船舶上,主循環泵的任務使將海水輸送到接收推進透平排出的蒸汽的主冷凝器中。此外,一部分主循環泵排出的海水可以分配到其他的海水冷卻的換熱器中,例如主潤滑油冷卻器。在通過主冷凝器或其他的冷卻器后,海水將被排到船外去。除了與船舷水管相連的主吸入口法蘭外,一些主循環泵還有一個輔助的側吸連接口,能夠用于機艙內的緊急排水任務。

        通常,船舶的每一臺主冷凝器要配備一臺或兩臺主循環泵。通常這里采用流量較大、排水出口壓力較低的單級軸流泵(圖8)。許多情況下,泵沒有配備止推軸承,相反,泵的軸緊密耦合在驅動設備的軸上,軸向載荷可以被驅動設備的止推軸承承擔。作用在泵軸上的徑向載荷,被位于推進器上方的徑向軸承承擔。在海港和內陸水路上運行時,主循環泵抽吸的水中經常含有淤泥、砂子和其他磨蝕性物質,因此,用從推進器排出來的水來潤滑的內部徑向軸承有時采用具有一定防腐蝕級別的橡膠或復合材料。另外,一些主循環泵的內部軸承還通過油脂或從泵殼上的外部連接提供的潔凈水來潤滑。

        在要求較高排出壓力的工況下,主循環泵通常采用帶有頂懸端吸式葉輪的單級混流泵,或帶有中間安裝雙吸葉輪的單級徑流泵。

        主循環泵通常由帶有減速齒輪的蒸汽透平或雙速電動機驅動。在系統起動和關閉或其他低負荷的期間,這樣就允許通過降低循環泵驅動設備的速度來減少通過冷凝器的海水流量。許多蒸汽動力船舶配備由一個勺形進水系統,使得海水通過船舶向前的沖量進入主冷凝器,當船舶在高于某一特定速度行駛時,主循環泵通常就停止了。

        ⑥燃料油進料泵
        燃料油進料泵通常從燃料油系統中的高或低吸油孔或油料沉淀罐中吸取油料,然后在將油料輸送到蒸汽動力船舶燃料油鍋爐的燃燒器中。通常至少要提供兩臺燃料油進料泵,每臺都能滿足船舶全負荷的燃料油輸送要求。燃料油進料泵的吸入和排出管道通常都連有雙口過濾器,此外,在系統中還經常要安裝一兩格流量計和加熱器。

        用蒸汽透平或雙速電動機驅動的立式或臥式安裝的雙螺桿旋轉泵經常應用在這種場合。此外,一些舊船舶還使用著蒸汽驅動的往復式燃料油進料泵。當某種船舶通常燒重質燃料油(渣油)時,則燃料油在送到鍋爐燃燒起之前必須加熱;這時,一般采用一個單獨電動機驅動的轉子泵來在設備起動期間為鍋爐供應未加熱的重質燃料油。

        流向透平驅動的轉子泵或蒸汽直接作用往復式燃料進料泵的蒸汽,通常是由一個恒壓調節器來控制,作用是保持一個恒定的燃料油進料泵排出壓力。采用這種布置,通過燃料油進料泵的流速變化就是泵工作速度變化。當使用雙速電動機來驅動燃料油進料泵,在設備低負荷的時候(如在港口時),電動機通常是低速運轉,而在設備高負荷的時候則高速運轉。然而,無論在哪一種速度下工作,電動機驅動的燃料油進料泵輸送的燃料油通常要比燃燒器需要的多。多余的燃料油通過一個再循環管路流回吸入一側的燃料油供給系統,再循環管路的流速通常由一個自動閥來調節,使燃料油進料泵保持一個恒定的排出壓力。通常還提供另一個帶有手動閥的再循環管路,以允許燃料油在鍋爐熄滅之前通過燃料油供給系統的加熱器支管或鍋爐燃燒器支管循環。另外,為了避免燃料油進料泵超壓,通常要在其排出側安裝一個減壓閥。

        通常還提供一個遙控器,以便在緊急情況下在機艙外就能使船舶的燃料油進料泵停下。此外,通常還在泵排出管法蘭連接處安裝有環繞的防護罩,以便在燃料油滲漏時改變其噴射方向,此外,在泵底部還安裝了一個油滴盤或其他更小設備,以防止從泵中漏出的油進入艙底的污水中。

        ⑦潤滑油進料泵
        潤滑油進料泵(LOS)的任務時從推進器減速箱的潤滑油槽中抽吸潤滑油,然后再將潤滑油輸送到推進透平的軸承、減速齒輪及其軸承和每個推進軸的主要止推軸承上。潤滑油通常還被引入到安裝再每一個推進透平軸前端的入口側限速調節泵中,以及推進透平節流閥或噴嘴閥控制器上。此外,一部分輸出的油可能還被送到一個懸掛式重力供油箱里,箱中有足夠的油來潤滑推進機械幾分鐘時間,用以彌補潤滑油進料泵排出壓力降低后輸送量的損失。

        大多數蒸汽動力船舶都配備了2~3臺潤滑進料泵。立式和臥式安裝的多螺桿泵經常用在這里。當為立式安裝時,泵可以直接沒入潤滑油槽中。多數情況下,至少一臺轉子式潤滑油進料泵是電動機驅動的。余下的泵可以是電動機驅動,也可以是蒸汽透平驅動,或者由推進軸帶動。另外,有時還使用蒸汽驅動的往復式活塞泵作為備件的潤還油進料泵。另外,一些船舶還配備一臺應急的電池驅動潤滑油進料泵。

        潤滑油進料泵一般安裝再船舶較低的地方,并且還靠近潤滑油槽。吸入和排出管線上通常都配有雙向的過濾器。另外,在排出管線上還常裝油減壓閥和冷卻器。在潤滑油進料泵系統中也經常需要安裝一個或多個噴嘴用來降低泵的總排出壓力,通常這是根據推進透平調速器和控制器的要求,將泵的排出壓力降低到軸承和齒輪所要求的壓力。常配備一個壓力控制開關或閥,以便在工作的潤滑油進料泵排出壓力低于某個預設值時,自動打開一個備用泵。多數蒸汽透平推動的船舶通常還有一個設備,用以在潤滑油進料泵系統出現故障時,停止向前面的推進透平提供蒸汽。


        齒輪泵技術

        三爪聯軸器,水泵聯軸器撓性聯軸器
           具有一定的補償被聯兩軸軸線相對偏移的能力,最大量隨型號不同而異。
           無彈性元件的撓性聯軸器:承載能力大,但也不具有緩沖減震性能,連軸器在高速或轉速不穩定或經常正、反轉時,有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉速平穩的場合。
           非金屬彈性元件的撓性聯軸器 在轉速不平穩時有很好的緩沖減震性能;但由于非金屬(橡膠、尼龍等)彈性元件強度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫,故適用于高速、輕載和常溫的場合 。
           金屬彈性元件的撓性聯軸器:除了具有較好的緩沖減震性能外,承載能力較大,聯軸器適用于速度和載荷變化較大及高溫或低溫場合。

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