循環水泵葉輪氣蝕機在凝汽器上應用原理分析

循環水泵是供水系的要設備，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引起水泵部件降低及葉輪局部損壞，氣蝕嚴時會引起泵體強振動，導致水流斷，泵不能工作。盡管循環水泵在制造、安裝和運行過程采取了各種方法防止水泵氣蝕的發生，但際運行，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臺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臺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修也發現過類似現象，即所有氣蝕情況均是從間到外側逐漸變淺，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視。

    泵運轉過程，若其過流部分的局部區域，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時液溫下相應的汽化壓力時，就會因汽化產生汽泡。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時，壓液體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，并使泵產生噪和振動，危及水泵正運行。具體表遙遙以幾個方面：

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噪聲，汽泡崩潰時的沖擊作用將使泵產生振動。

    氣蝕噪聲與氣蝕發展的程度有關，噪聲時氣蝕對材料的破壞作用也，可以利用噪聲的這種，用以判斷氣蝕的嚴程度。氣蝕引起的振動要原因有二。是汽泡破裂產生的頻振動；二是當葉片處沖角較時，邊后方會形脫流，產生時生時滅的不穩汽穴。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，嚴時呈現蜂窩狀的空洞。另外，微細射流造的沖擊還會形200℃以上的溫，使流道金屬出現電解現象而產生強的化學腐蝕。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，嚴時會使液流斷，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)，它們是兩個質不相同的參數。NPSHr由泵本身的決，是表示泵本身抗氣蝕能的參數，它與裝置情況關，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，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生氣蝕，與裝置氣蝕余量NPSHa小有關。NPSHa-Q曲和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NPSHa>NPSHr，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的平方比和轉速n的平方比的乘積。對泵氣蝕余量隨轉速的平方正比增長。即，轉速下降，泵氣蝕余量會平方下降，泵的抗氣蝕能提。與比轉數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等于數，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往往會使泵的效率下降。

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