循環(huán)水泵葉輪氣蝕機在凝汽器上應(yīng)用原理分析

發(fā)布時間:2024-12-20 01:24:02瀏覽數(shù):

循環(huán)水泵是供水系的要設(shè)備，要用來向凝汽器供給冷卻水，將汽輪機排出的乏汽冷卻凝結(jié)，由此來保持凝汽器內(nèi)的真空度。當(dāng)循環(huán)水泵發(fā)生故障時，將直接影響機的真空度，降低機出力。葉輪氣蝕是循環(huán)水泵的要故障，長期在汽氣蝕下運行會引起水泵部件降低及葉輪局部損壞，氣蝕嚴(yán)時會引起泵體強振動，導(dǎo)致水流斷，泵不能工作。盡管循環(huán)水泵在制造、安裝和運行過程采取了各種方法防止水泵氣蝕的發(fā)生，但際運行，由于種種原因會使水泵的運行條件與設(shè)計工況發(fā)生偏離，不同程度的氣蝕仍偶有發(fā)生，給電力企業(yè)造巨經(jīng)濟損失。如：山橫門電廠#1、#2機(125MW)2004年10月~12月就因氣蝕的氯根腐蝕的雙作用下，4臺循環(huán)水泵連續(xù)發(fā)生葉片斷裂事故；河北某電廠#2號機(350MW)在2003年10月修期間發(fā)現(xiàn)2臺循環(huán)水泵葉輪的各葉片均在入口同部位出現(xiàn)300mm×160mm、約8mm程度不等的氣蝕區(qū)域[1]；其他電廠對循環(huán)水泵的解體修也發(fā)現(xiàn)過類似現(xiàn)象，即所有氣蝕情況均是從間到外側(cè)逐漸變淺，氣蝕表面呈現(xiàn)蜂窩狀。因此，循環(huán)水泵葉輪氣蝕的診斷與防范日益為人們所視。

泵運轉(zhuǎn)過程，若其過流部分的局部區(qū)域，通是葉輪葉片稍后的某處，抽送液體的壓力下降到等于或當(dāng)時液溫下相應(yīng)的汽化壓力時，就會因汽化產(chǎn)生汽泡。汽泡要是蒸汽，但由于水溶解有量的氣體，所以汽泡除了蒸汽以外，還夾帶有少量的氣體。這些汽泡隨著水流流到壓區(qū)時，壓液體使汽泡急劇縮小以至凝結(jié)水，汽泡逐漸變形而破裂。在汽泡破裂時，細(xì)水滴以速填充汽泡空穴，發(fā)生互相撞擊而形強的水擊，可達(dá)到10~100MPa，使過流流道的材料受到腐蝕和破壞。可見，氣蝕過程包括汽泡形、增長直到崩潰破裂以至造材料侵蝕的過程。

氣蝕的形過程及已有修經(jīng)驗表明，循環(huán)水泵葉輪的氣蝕要集在葉片及輪蓋輪盤的結(jié)合部位，氣蝕痕跡形狀各異，有的呈現(xiàn)斷續(xù)分布的坑狀，有的呈集的蜂窩狀，而且淺不。氣蝕嚴(yán)時會引起葉片穿孔,導(dǎo)致葉輪報廢而被迫換。

水泵葉輪氣蝕會改變泵內(nèi)水流狀態(tài)，造流動阻力增加，導(dǎo)致泵的流量、揚程和效率降低。同時造泵的流道材料發(fā)生侵蝕而破壞，并使泵產(chǎn)生噪和振動，危及水泵正運行。具體表遙遙以幾個方面：

1、產(chǎn)生噪聲和振動

泵發(fā)生氣蝕時，汽泡在壓區(qū)連續(xù)發(fā)生然破裂，微細(xì)射流的速沖擊將形噪聲，汽泡崩潰時的沖擊作用將使泵產(chǎn)生振動。

氣蝕噪聲與氣蝕發(fā)展的程度有關(guān)，噪聲時氣蝕對材料的破壞作用也，可以利用噪聲的這種，用以判斷氣蝕的嚴(yán)程度。氣蝕引起的振動要原因有二。是汽泡破裂產(chǎn)生的頻振動；二是當(dāng)葉片處沖角較時，邊后方會形脫流，產(chǎn)生時生時滅的不穩(wěn)汽穴。氣蝕振動頻率若與泵的自然頻率接近，就會引起共振，使泵的工況化，甚至使整個系受到破壞。

2、對流道的材料造破壞

當(dāng)汽泡周圍的液體壓力上升時，汽泡受到壓縮，使汽泡內(nèi)的壓強升。汽泡破碎時，形微細(xì)射流(速度可達(dá)130m/s，壓強可達(dá)200MPa)。流道金屬表面在頻壓的微細(xì)射流作用下，材料表面晶體發(fā)生疲勞破壞，嚴(yán)時呈現(xiàn)蜂窩狀的空洞。另外，微細(xì)射流造的沖擊還會形200℃以上的溫，使流道金屬出現(xiàn)電解現(xiàn)象而產(chǎn)生強的化學(xué)腐蝕。泵內(nèi)流道材料受破壞的位置除葉輪外，還有泵殼和導(dǎo)葉等處易于形速流的地方。

3、造泵的能下降

氣蝕初生階，對泵的外明影響。待氣蝕發(fā)展到程度，使流道的形狀因汽穴空間較而形“堵塞”時，由于葉輪和液體的能量交換受到干擾和破壞，泵的流量、揚程、效率、軸功率曲開始下降，嚴(yán)時會使液流斷，泵不能工作。通，低比轉(zhuǎn)數(shù)泵的能下降比較急劇，比轉(zhuǎn)數(shù)泵的能下降則比較緩慢。

在泵系k通用氣蝕余量(NPSH)表示泵氣蝕能的壞，氣蝕余量又分為裝置氣蝕余量(NPSHa)和泵氣蝕余量(NPSHr)，它們是兩個質(zhì)不相同的參數(shù)。NPSHr由泵本身的決，是表示泵本身抗氣蝕能的參數(shù)，它與裝置情況關(guān)，只與泵處的運動參數(shù)(v0，w0和wk等)有關(guān)；NPSHa由外界的吸入裝置決的，是表示吸入裝置氣蝕能的參數(shù)。

流量引起葉輪速度的增加，會引起泵至葉輪以及管路的壓力降增加。在液溫、吸入液面上的壓強和幾何安裝度都保持不變的情況下，由于吸入管路的流道損失與流量的平方正比，所以NPSHr隨著流量的變化為條下降的拋物，而NPSHa-Q則呈拋物上升。

泵氣蝕余量NPSHr是由泵自身的結(jié)，如吸水室、葉輪部分等的幾何形狀決的，它的越小，表示泵本身的抗氣蝕能越。至于在某工況是否發(fā)生氣蝕，與裝置氣蝕余量NPSHa小有關(guān)。NPSHa-Q曲和NPSHr-Q相交時所相應(yīng)的流量為QK稱為臨界流量，它標(biāo)志著氣蝕的界限。對于給的泵，流量小于QK時，即使泵的NPSHr很，但泵裝置提供足夠的NPSHa，即NPSHa>NPSHr，泵也不會氣蝕。當(dāng)NPSHa＝NPSHr，此時相應(yīng)于pk＝pv，泵開始發(fā)生氣蝕。當(dāng)流量于QK后，就會發(fā)生嚴(yán)氣蝕，因為此時NPSHa<NPSHr，即，泵氣蝕余量所能提供的過汽化壓頭的富余能量不足以補償或克服該泵部分的壓頭降。

對幾何相似的兩臺泵，在相似工況下，兩臺泵的泵氣蝕余量之比等于葉輪直徑D1的平方比和轉(zhuǎn)速n的平方比的乘積。對泵氣蝕余量隨轉(zhuǎn)速的平方正比增長。即，轉(zhuǎn)速下降，泵氣蝕余量會平方下降，泵的抗氣蝕能提。與比轉(zhuǎn)數(shù)ns類似，可出相似泵的氣蝕相似準(zhǔn)則——氣蝕比轉(zhuǎn)數(shù)，對幾何相似，工況相似的泵，C等于數(shù)，在流量和轉(zhuǎn)速下，C越，泵的抗氣蝕能越。根據(jù)泵的設(shè)計理論，設(shè)計氣蝕比轉(zhuǎn)速C越，泵的抗氣蝕能越，但同時提C往往會使泵的效率下降。