火力发电厂离心式泵汽蚀及防范措施的分析和探讨

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1、 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 、

2、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

3、 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

4、 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 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

5、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

6、 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

7、 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

8、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

9、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

10、 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

11、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

12、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。 * 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

13、 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

14、 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 。* * 增 加

15、 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

16、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 。 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

17、 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 1.01.3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

18、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 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

19、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 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

20、 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