循環水泵葉輪氣蝕機在凝汽器上應用原理分析

循環水泵是供水係的要設備，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，由此來保持凝汽器內(nei) 的真空度。當循環水泵發生故障時，將直接影響機的真空度，降低機出力。葉輪氣蝕是循環水泵的要故障，長期在汽氣蝕下運行會(hui) 引起水泵部件降低及葉輪局部損壞，氣蝕嚴(yan) 時會(hui) 引起泵體(ti) 強振動，導致水流斷，泵不能工作。盡管循環水泵在製造、安裝和運行過程采取了各種方法防止水泵氣蝕的發生，但際運行，由於(yu) 種種原因會(hui) 使水泵的運行條件與(yu) 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(ye) 造巨經濟損失。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台循環水泵連續發生葉片斷裂事故；河北某電廠#2號機(350MW)在2003年10月修期間發現2台循環水泵葉輪的各葉片均在入口同部位出現300mm×160mm、約8mm程度不等的氣蝕區域[1]；其他電廠對循環水泵的解體(ti) 修也發現過類似現象，即所有氣蝕情況均是從(cong) 間到外側(ce) 逐漸變淺，氣蝕表麵呈現蜂窩狀。因此，循環水泵葉輪氣蝕的診斷與(yu) 防範日益為(wei) 人們(men) 所視。

    泵運轉過程，若其過流部分的局部區域，通是葉輪葉片稍後的某處，抽送液體(ti) 的壓力下降到等於(yu) 或當時液溫下相應的汽化壓力時，就會(hui) 因汽化產(chan) 生汽泡。汽泡要是蒸汽，但由於(yu) 水溶解有量的氣體(ti) ，所以汽泡除了蒸汽以外，還夾帶有少量的氣體(ti) 。這些汽泡隨著水流流到壓區時，壓液體(ti) 使汽泡急劇縮小以至凝結水，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，發生互相撞擊而形強的水擊，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、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驗表明，循環水泵葉輪的氣蝕要集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，有的呈集的蜂窩狀，而且淺不。氣蝕嚴(yan) 時會(hui) 引起葉片穿孔,導致葉輪報廢而被迫換。

    水泵葉輪氣蝕會(hui) 改變泵內(nei) 水流狀態，造流動阻力增加，導致泵的流量、揚程和效率降低。同時造泵的流道材料發生侵蝕而破壞，並使泵產(chan) 生噪和振動，危及水泵正運行。具體(ti) 表遙遙以幾個(ge) 方麵：

1、產(chan) 生噪聲和振動

    泵發生氣蝕時，汽泡在壓區連續發生然破裂，微細射流的速衝(chong) 擊將形噪聲，汽泡崩潰時的衝(chong) 擊作用將使泵產(chan) 生振動。

    氣蝕噪聲與(yu) 氣蝕發展的程度有關(guan) ，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(yan) 程度。氣蝕引起的振動要原因有二。是汽泡破裂產(chan) 生的頻振動；二是當葉片處衝(chong) 角較時，邊後方會(hui) 形脫流，產(chan) 生時生時滅的不穩汽穴。氣蝕振動頻率若與(yu) 泵的自然頻率接近，就會(hui) 引起共振，使泵的工況化，甚至使整個(ge) 係受到破壞。

2、對流道的材料造破壞

    當汽泡周圍的液體(ti) 壓力上升時，汽泡受到壓縮，使汽泡內(nei) 的壓強升。汽泡破碎時，形微細射流(速度可達130m/s，壓強可達200MPa)。流道金屬表麵在頻壓的微細射流作用下，材料表麵晶體(ti) 發生疲勞破壞，嚴(yan) 時呈現蜂窩狀的空洞。另外，微細射流造的衝(chong) 擊還會(hui) 形200℃以上的溫，使流道金屬出現電解現象而產(chan) 生強的化學腐蝕。泵內(nei) 流道材料受破壞的位置除葉輪外，還有泵殼和導葉等處易於(yu) 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。待氣蝕發展到程度，使流道的形狀因汽穴空間較而形“堵塞”時，由於(yu) 葉輪和液體(ti) 的能量交換受到幹擾和破壞，泵的流量、揚程、效率、軸功率曲開始下降，嚴(yan) 時會(hui) 使液流斷，泵不能工作。通，低比轉數泵的能下降比較急劇，比轉數泵的能下降則比較緩慢。

    在泵係k通用氣蝕餘(yu) 量(NPSH)表示泵氣蝕能的壞，氣蝕餘(yu) 量又分為(wei) 裝置氣蝕餘(yu) 量(NPSHa)和泵氣蝕餘(yu) 量(NPSHr)，它們(men) 是兩(liang) 個(ge) 質不相同的參數。NPSHr由泵本身的決(jue) ，是表示泵本身抗氣蝕能的參數，它與(yu) 裝置情況關(guan) ，隻與(yu) 泵處的運動參數(v0，w0和wk等)有關(guan) ；NPSHa由外界的吸入裝置決(jue) 的，是表示吸入裝置氣蝕能的參數。

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

    泵氣蝕餘(yu) 量NPSHr是由泵自身的結，如吸水室、葉輪部分等的幾何形狀決(jue) 的，它的越小，表示泵本身的抗氣蝕能越。至於(yu) 在某工況是否發生氣蝕，與(yu) 裝置氣蝕餘(yu) 量NPSHa小有關(guan) 。NPSHa-Q曲和NPSHr-Q相交時所相應的流量為(wei) QK稱為(wei) 臨(lin) 界流量，它標誌著氣蝕的界限。對於(yu) 給的泵，流量小於(yu) 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(hui) 氣蝕。當NPSHa＝NPSHr，此時相應於(yu) pk＝pv，泵開始發生氣蝕。當流量於(yu) QK後，就會(hui) 發生嚴(yan) 氣蝕，因為(wei) 此時NPSHa<NPSHr，即，泵氣蝕餘(yu) 量所能提供的過汽化壓頭的富餘(yu) 能量不足以補償(chang) 或克服該泵部分的壓頭降。

    對幾何相似的兩(liang) 台泵，在相似工況下，兩(liang) 台泵的泵氣蝕餘(yu) 量之比等於(yu) 葉輪直徑D1的平方比和轉速n的平方比的乘積。對泵氣蝕餘(yu) 量隨轉速的平方正比增長。即，轉速下降，泵氣蝕餘(yu) 量會(hui) 平方下降，泵的抗氣蝕能提。與(yu) 比轉數ns類似，可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等於(yu) 數，在流量和轉速下，C越，泵的抗氣蝕能越。根據泵的設計理論，設計氣蝕比轉速C越，泵的抗氣蝕能越，但同時提C往往會(hui) 使泵的效率下降。

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