循環水泵葉輪氣蝕機在凝汽器上應用原理分析

產品相關介紹：循環水泵是供水系統中的主要設備之-，主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，由此來保持凝汽器內的真空度。當循環水泵發生故障時，將直接影響機組的真空度，降低機組出力。葉輪氣蝕是循環水泵的主要故障之-，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，氣蝕嚴重時會引起泵體強烈振動，導致水流中斷，泵不能工作。盡管循環水泵在制造、安裝和運行過程中采取了各種方法防止水泵氣蝕的發生，但實際運行中，由于種種原因會使水泵的運行條件與設計工況發生偏離，不同程度的氣蝕仍偶有發生，給電力企業造成巨-經濟損失。如：中山橫門電廠#1、#2機組(125MW)2004年10月~12月就因氣蝕的氯根腐蝕的雙重作用下，4臺循環水泵連續發生葉片斷裂事故；河北某電廠#2號機組(350MW)在2003年10月-修期間發現2臺循環水泵葉輪的各葉片均在入口同-部位出現300mm×160mm、深約8mm程度不等的氣蝕區域[1]；其他電廠對循環水泵的解體檢修也發現過類似現象，即所有氣蝕情況均是從中間到外側逐漸變淺，氣蝕表面呈現蜂窩狀。因此，循環水泵葉輪氣蝕的診斷與防范日益為人們所重視。

    泵運轉過程中，若其過流部分的局部區域，通常是葉輪葉片-稍后的某處，抽送液體的-對壓力下降到等于或-當時液溫下相應的汽化壓力時，就會因汽化產生汽泡。汽泡中主要是蒸汽，但由于水中溶解有--量的氣體，所以汽泡中除了蒸汽以外，還夾帶有少量的氣體。這些汽泡隨著水流流到-壓區時，-壓液體使汽泡急劇縮小以至凝結成水，汽泡逐漸變形而破裂。在汽泡破裂時，細水滴以-速填充汽泡空穴，發生互相撞擊而形成強烈的水擊，可達到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成、增長直到崩潰破裂以至造成材料侵蝕的過程。

    氣蝕的形成過程及已有檢修經驗表明，循環水泵葉輪的氣蝕主要集中在葉片及輪蓋輪盤的結合部位，氣蝕痕跡形狀各異，有的呈現斷續分布的坑狀，有的呈密集的蜂窩狀，而且深淺不-。氣蝕嚴重時會引起葉片穿孔,導致葉輪報廢而被迫-換。

    水泵葉輪氣蝕會改變泵內水流狀態，造成流動阻力增加，導致泵的流量、揚程和效率降低。同時造成泵的流道材料發生侵蝕而破壞，并使泵產生噪音和振動，危及水泵正常運行。具體表現在以幾個方面：

1、產生噪聲和振動

    泵發生氣蝕時，汽泡在-壓區連續發生-然破裂，微細射流的-速沖擊將形成噪聲，汽泡崩潰時的沖擊作用將使泵組產生振動。

    氣蝕噪聲與氣蝕發展的程度有關，噪聲高時氣蝕對材料的破壞作用也-，可以利用噪聲的這種-，用以判斷氣蝕的嚴重程度。氣蝕引起的振動主要原因有二。-是汽泡破裂產生的-頻振動；二是當葉片-處沖角較高時，-邊后方會形成脫流，產生時生時滅的不穩-汽穴。氣蝕振動頻率若與泵組的自然頻率接近，就會引起共振，使泵的工況惡化，甚至使整個系統受到破壞。

2、對流道的材料造成破壞

    當汽泡周圍的液體壓力上升時，汽泡受到壓縮，使汽泡內的壓強升-。汽泡破碎時，形成微細射流(速度可達130m/s，壓強可達200MPa)。流道金屬表面在-頻-壓的微細射流作用下，材料表面晶體發生疲勞破壞，嚴重時呈現蜂窩狀的空洞。另外，微細射流造成的沖擊還會形成200℃以上的-溫，使流道金屬出現電解現象而產生強烈的化學腐蝕。泵內流道材料受破壞的位置除葉輪外，還有泵殼和導葉等處易于形成-速流的地方。

3、 造成泵的性能下降

    氣蝕初生階段，對泵的外-無明顯影響。待氣蝕發展到--程度，使流道的有效形狀因汽穴空間較-而形成“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、軸功率曲線開始下降，嚴重時會使液流中斷，泵不能工作。通常，低比轉數泵的性能下降比較急劇，-比轉數泵的性能下降則比較緩慢。

    在泵系統k中通常用氣蝕余量(NPSH)表示泵氣蝕性能的好壞，氣蝕余量又分為裝置氣蝕余量(NPSHa)和泵氣蝕余量(NPSHr)，它們是兩個性質不相同的參數。NPSHr由泵本身的-決-，是表示泵本身抗氣蝕性能的參數，它與裝置情況無關，只與泵-處的運動參數(v0，w0和wk等)有關；NPSHa由外界的吸入裝置-決-的，是表示吸入裝置氣蝕性能的參數。

    -流量引起葉輪-速度的增加，會引起泵-至葉輪以及-管路中的壓力降增加。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，由于吸入管路中的流道損失與流量的平方成正比，所以NPSHr隨著流量的變化為-條下降的拋物線，而NPSHa-Q則呈拋物線上升。

    泵氣蝕余量NPSHr是由泵自身的結構，如吸水室、葉輪-部分等的幾何形狀決-的，它的值越小，表示泵本身的抗氣蝕性能越好。至于在某-工況是否發生氣蝕，與裝置氣蝕余量NPSHa-小有關。NPSHa-Q曲線和NPSHr-Q相交時所相應的流量為QK稱為臨界流量，它標志著氣蝕的界限。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NPSHaNPSHr，泵也不會氣蝕。當NPSHa＝NPSHr，此時相應于pk＝pv，泵開始發生氣蝕。當流量-于QK后，就會發生嚴重氣蝕，因為此時NPSHaNPSHr，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的平方比和轉速n的平方比的乘積。對泵氣蝕余量隨轉速的平方成正比增長。即，轉速下降，泵氣蝕余量會成平方下降，泵的抗氣蝕性能--提-。與比轉數ns類似，可推出相似泵的氣蝕相似準則——氣蝕比轉數，對幾何相似，工況相似的泵，C值等于常數，在--流量和轉速下，C值越-，泵的抗氣蝕性能越好。根據泵的設計理論，設計氣蝕比轉速C值越-，泵的抗氣蝕性能越好，但同時提-C值往往會使泵的效率下降。