循環(huán)水泵葉輪氣蝕機(jī)在凝汽器上應(yīng)用原理分析

發(fā)布時(shí)間:2024-12-14 01:27:07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(jī)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(shí)，將直接影響機(jī)的真空度，降低機(jī)出力。葉輪氣蝕是循環(huán)水泵的要故障，長期在汽氣蝕下運(yùn)行會(huì)引起水泵部件降低及葉輪局部損壞，氣蝕嚴(yán)時(shí)會(huì)引起泵體強(qiáng)振動(dòng)，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(yùn)行過程采取了各種方法防止水泵氣蝕的發(fā)生，但際運(yùn)行，由于種種原因會(huì)使水泵的運(yùn)行條件與設(shè)計(jì)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(jì)損失。如：山橫門電廠#1、#2機(jī)(125MW)2004年10月~12月就因氣蝕的氯根腐蝕的雙作用下，4臺(tái)循環(huán)水泵連續(xù)發(fā)生葉片斷裂事故；河北某電廠#2號(hào)機(jī)(350MW)在2003年10月修期間發(fā)現(xiàn)2臺(tái)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(duì)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(yùn)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(shí)液溫下相應(yīng)的汽化壓力時(shí)，就會(huì)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(shí)，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(shí)，細(xì)水滴以速填充汽泡空穴，發(fā)生互相撞擊而形強(qiáng)的水擊，可達(dá)到10~100MPa，使過流流道的材料受到腐蝕和破壞?？梢?，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(yàn)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(shí)會(huì)引起葉片穿孔,導(dǎo)致葉輪報(bào)廢而被迫換。

水泵葉輪氣蝕會(huì)改變泵內(nèi)水流狀態(tài)，造流動(dòng)阻力增加，導(dǎo)致泵的流量、揚(yáng)程和效率降低。同時(shí)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(dòng)，危及水泵正運(yùn)行。具體表遙遙以幾個(gè)方面：

1、產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)

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

氣蝕噪聲與氣蝕發(fā)展的程度有關(guān)，噪聲時(shí)氣蝕對(duì)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(dòng)要原因有二。是汽泡破裂產(chǎn)生的頻振動(dòng)；二是當(dāng)葉片處沖角較時(shí)，邊后方會(huì)形脫流，產(chǎn)生時(shí)生時(shí)滅的不穩(wěn)汽穴。氣蝕振動(dòng)頻率若與泵的自然頻率接近，就會(huì)引起共振，使泵的工況化，甚至使整個(gè)系受到破壞。

2、對(duì)流道的材料造破壞

當(dāng)汽泡周圍的液體壓力上升時(shí)，汽泡受到壓縮，使汽泡內(nèi)的壓強(qiáng)升。汽泡破碎時(shí)，形微細(xì)射流(速度可達(dá)130m/s，壓強(qiáng)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(shí)呈現(xiàn)蜂窩狀的空洞。另外，微細(xì)射流造的沖擊還會(huì)形200℃以上的溫，使流道金屬出現(xiàn)電解現(xiàn)象而產(chǎn)生強(qiáng)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(duì)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(shí)，由于葉輪和液體的能量交換受到干擾和破壞，泵的流量、揚(yáng)程、效率、軸功率曲開始下降，嚴(yán)時(shí)會(huì)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(gè)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(yùn)動(dòng)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(huì)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(qiáng)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(shí)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(duì)于給的泵，流量小于QK時(shí)，即使泵的NPSHr很，但泵裝置提供足夠的NPSHa，即NPSHa>NPSHr，泵也不會(huì)氣蝕。當(dāng)NPSHa＝NPSHr，此時(shí)相應(yīng)于pk＝pv，泵開始發(fā)生氣蝕。當(dāng)流量于QK后，就會(huì)發(fā)生嚴(yán)氣蝕，因?yàn)榇藭r(shí)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(bǔ)償或克服該泵部分的壓頭降。

對(duì)幾何相似的兩臺(tái)泵，在相似工況下，兩臺(tái)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(duì)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(huì)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——?dú)馕g比轉(zhuǎn)數(shù)，對(duì)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(jì)理論，設(shè)計(jì)氣蝕比轉(zhuǎn)速C越，泵的抗氣蝕能越，但同時(shí)提C往往會(huì)使泵的效率下降。