火力发电厂离心式泵汽蚀及防范措施的分析和探讨

火力发电厂离心式泵汽蚀及防范措施的分析和探讨课题学习目的一了解离心泵汽蚀的概念和危害在火力发电厂给水系统的故障中，离心泵汽蚀是对生产和运行产生很大影响一种现象。由于离心泵的抗汽蚀性能有问题，泵叶轮常因汽蚀而破坏，严重影响化工装置的稳定安全和高效生产。二提高离心泵抗汽蚀的理论和试验依据试验根据汽蚀的基本理论，在保证离心泵安全运行前提下，通过改变叶轮进口几何尺寸、降低泵零件表面粗糙度、降低泵运转速度、降低泵安装高度等方法，得出这些因素与泵汽蚀性能的关系，为提高离心泵叶轮使用寿命提供了理论和验依据。学习提高离心泵的抗汽蚀性能的意义*减少火电厂离心式泵汽蚀程度，为火电厂创造更多的利益。*深入了解和熟悉火电厂离心式泵汽蚀的产生原因和解决措施。*通过所学的专业理论知识与实践相结合，使自己在发现问题的同时能够更好的解决实际问题。*培养学生调查研究与信息收集、整理的能力；培养和提高学生的自学能力和计算机实际应用能力；培养自己的创新能力，求实的科学作风以及刻苦钻研的精神，为以后从事工作奠定坚实的基础。*离心泵的主要组成结构及分类*火电厂离心式泵的汽蚀；*影响火电厂离心式泵汽蚀的主要因素；*分析汽蚀对离心泵的危害；*提高火电厂离心式泵抗汽蚀性能的措施和方法。离心泵的基本结构离心泵的主要组成叶轮、轴、吸入室、压出室（机壳）、密封装置、轴向力平衡装置等。叶轮叶轮是离心泵的核心部分，它转速高出力大，叶轮一般由盖板、叶片及轮毂组成，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。轴轴是传递扭矩的主要部件。轴径按强度、刚度及临界转速确定。中小型泵多采用水平轴，叶轮滑配在轴上，叶轮间距离用轴套定位。近代大型泵则采用阶梯轴，不等孔径的叶轮用热套法装在轴上，并利用渐开线花键代替过去的无定键。这样，叶轮和轴直接按没有缝隙，不致使轴间窜水和冲刷，但拆装困难。吸入室离心泵吸入管法兰至叶轮进口前的过流部分称为吸入室他的作用是在最小水力损失情况下，引导流体平稳地进入叶轮，并使叶轮进口处的流速尽可能均匀分部。吸入室有锥形吸入室、圆环形吸入室和半螺旋吸入室三种结构。压出室其作用室收集来自叶轮的液体，并使部分流体的动能转换为压能，最后将流体均匀地引向次级叶轮或导向排出口。压出室有环形和螺旋两种形式。密封环动件和静件之间总存在着缝隙。由于压力差，内部的高压流体会沿着缝隙向外泄露，故在这些缝隙处安设密封环，又称减漏装置。由于密封经常受到摩擦，故要保持经常更换。泵内密封环主要有以下几种形式：平式密封、迷宫密封和锯齿密封。轴封泵轴穿透泵体，在旋转的泵轴和泵体之间必然存在间隙，为防止压出端的高压液体向外泄露以及大气经吸入端吸入泵内，故在间隙处设立密封装置——轴封。常见的轴封有填料轴封、机械轴封和浮动环轴封。轴向力平衡装置单吸单级泵和某些多级泵的叶轮工作时会受到轴向推力的作用，这主要是因为作用在叶轮前后盖板上的流体压强不平衡，这种轴向力对泵的安全工作很不利，必须采用平衡装置平衡它，平衡轴向力的措施有平衡孔、平衡管、双吸式叶轮、平衡盘和平衡鼓等。*根据物理学知道，当液面压强降低时，相应的汽化温度也降低，使液体开始汽化的液面压强叫做汽化压强。*当泵内某处的压强低于汽化压强时，液体就会发生汽化，同时原来溶解于液体中的气体亦同时溢出，产生大量的气泡。若这些气泡被液体带入叶轮，随着压力的增高，这些气泡将会迅速凝缩、溃灭。气泡溃灭时，周围的液体将高速填补气泡的位置，从而产生局部水击，压力可达数千万帕。液体从汽化产生气泡至气泡的破碎，过流部件受到腐蚀、损坏，这就是汽蚀。*汽蚀时产生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以致破灭。这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀溃灭。离心泵产生汽蚀的原因*被输送的介质温度过高；*水池液位过低，有气体被吸入；*安装点气压过低，例如泵安装在高海拔地区；*流速和吸入管路上的阻力太大；*吸入管道、法兰(指不带液封的)密封不好，有空气进入。*离心泵的安装位置高出吸液面的高差太大，即离心泵的几何安装高度Hg过大*机械疲劳损伤和热化学腐蚀。汽蚀的危害*汽蚀使过流部件被剥蚀破坏通常离心泵受汽蚀破坏的部位，先在叶片入口附近，继而延至叶轮出口。起初是金属表面出现麻点，继而表面呈现槽沟状、蜂窝状、鱼鳞状的裂痕，严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔，甚至叶轮破裂，造成严重事故。因而汽蚀严重影响到泵的安全运行和使用寿命。*汽蚀使泵的性能下降汽蚀使叶轮和流体之间的能量转换遭到严重的干扰，使泵的性能下降，严重时会使液流中断无法工作。*汽蚀使泵产生噪音和振动气泡溃灭时，液体互相撞击并撞击壁面，会产生各种频率的噪音。严重时可以听到泵内有“噼啪”的爆炸声，同时引起机组的振动。而机组的振动又进一步足使更多的汽泡产生和溃灭，如此互相激励，导致强烈的汽蚀共振，致使机组不得不停机，否则会遭到破坏。*汽蚀也是水力机械向高流速发展的巨大障碍，应为流体流速愈高，会使压力变得愈低，更易汽化发生汽蚀。提高离心泵本身抗气蚀性能的措施*改变叶轮结构*适当增加叶轮进口直径*增加叶轮叶片进口宽度*适当增加盖板的曲率半径*叶片进口边适当向吸入方向延伸*叶片进口冲角采用正冲角或增大正冲角*修薄叶片进口厚度*增加叶轮进口部分的光洁度*采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前作功，以提高液流压力。*在同样的转速和流量下，采用双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，则进口截面增加一倍，进口流速可减少一倍。*设计工况采用稍大的正冲角，以增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积；改善大流量下的工作条件，以减少流动损失。但正冲角不宜过大，否则影响效率。*泵发生汽蚀时，可以降低输送液体的温度，把流量调小或降速运行；*采用抗气蚀的材料。实践表明，材料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗气蚀的性能越强。*提高进液装置有效气蚀余量的措施*增加泵前贮液罐中液面的压力，以提高有效气蚀余量。*减小吸上装置泵的安装高度。*将上吸装置改为倒灌装置，或增加几何倒灌高度*减小泵前管路上的流动损失,因为该项损失越大，水泵进口处的压力降低也越多，水就易于汽化。如在要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，管内壁要光滑和适当加大吸水管直径等。以上措施可根据泵的选型、选材和泵的使用现场等条件，进行综合分析，适当加以应用。改善泵性能的措施由于泵内流动的复杂性，目前还难以有效地控制泵的性能。另外，几何参数对性能影响是多方面的，有时，改变几何参数，改善了性能中的某一指标，而同时使另一性能指标下降。因此，应当根据具体要求，进行分析，采取最有益的措施。现将影响泵性能的因素归纳于下表。措施说明叶片向吸入口前伸并减薄增加叶道长度，减少相对速度扩散增大叶片进口角减少相邻叶片间流道的扩散使相邻叶片间流道出口和进口面积之比控制在1.0~1.3的范围减小流动的扩散损失增加出口宽度减小叶轮出口绝对速度，从而减小压水室中的水力损失增加叶片出口角减小叶轮外径，从而减小圆盘摩擦损失斜切叶轮出口减小前后流线的长度差，从而减小出口的二次回流保留盖板切割叶片出口在涡室（导叶）宽度小时，防止流动扩散，产生冲击损失提高效率措施说明修叶片出口背面减小小流量时叶轮进口的回流损失叶片进口部份轴面截线为曲线增加叶片间进口面积，减小流道扩散圆柱叶片改为扭曲叶片符合流动规律，减小冲击损失叶轮进口加预旋（导叶出口角小于90°）减小叶轮进口w1同时减小相对速度扩散增加压水室（导叶）喉部面积当原设计面积小时，使流动不受阻塞减小导叶的扩散度减小扩散损失减小口环和平衡盘间隙减小泄漏减小盖板和壳体的间隙减小圆盘摩擦损失消除驼峰高效点向小流方向减小叶轮进口直径减小小流量时叶轮进口的回流损失叶片前伸并减薄减小叶轮进口w1，从而减小进口冲击损失叶轮进口加预旋（导叶出口角小于90°）减小叶轮进口w1，从而减小进口冲击损失减小叶片进口冲角减小小流量时叶片进口冲击损失斜切叶轮出口减小小流量时的二次回流减少叶片数减小叶片进口冲击损失减小叶片出口角增加扬程曲线斜度，减小叶轮出口速度v2增加叶片包角减小流道的扩散减小叶片出口宽度减小小流量时叶片间的回流减小导叶进口角a3减小小流量时的冲击*减小几何吸上高度hg（或增加几何倒灌高度）*减小吸入损失△h（可以设法增加管径，尽量减小管路长度，弯头和附件等）*在同样转速和流量下，采用双吸泵。*泵发生汽蚀时，应把流量调小或降速运行*对于苛刻条件下运行的泵，选用耐汽蚀材料