火力发电厂离心泵的汽蚀现象及其防范措施

火力发电厂离心泵的汽蚀现象及其防范措施
【摘要】离心泵是火力发电厂中应用最多的辅助设备，其给水泵的前置泵、凝结水泵及疏水泵输送近似饱和水，极易发生严重的汽蚀，是电厂水泵检修必须重视的一个问题。

本文针对离心泵的汽蚀现象，分析汽蚀产生的原因及危害，探讨如何增强离心泵的抗汽蚀性能，避免汽蚀的发生，提高泵的运行效率。

本文从离心泵的设计、安装、检修以及监测等角度提出防范措施。

【关键词】发电厂；离心泵；汽蚀；措施；效率
1引言
离心泵在火力发电厂应用十分广泛，也是火力发电厂的重要辅助设备。

水泵的汽蚀、磨蚀及其联合作用的破坏一直是水泵运行、检修及管理工作中的一个重要问题。

2汽蚀现象
由热工学可知道，当液面压强降低时，相应的汽化温度也降低。

例如，水在大气压101.3kPa下的汽化温度为100℃；一旦水面压强降至2.43kPa，水在20℃时就会沸腾，开始汽化的液面压强叫做汽化压强，用PV表示。

因此，叶片式泵运行时，如果叶轮叶片入口处某局部液体的绝对压强等于或低于所输送液体的汽化压强，液体便发生汽化，产生气泡。

这些汽泡随着液体流动被逮到叶轮的高压区，在高压的作用下迅速凝结而破裂。

与此同时，周围的流体质点便以高速冲向原来占有的汽泡空间，相互撞击而形成高压高频的局部水锤。

这种水锤如果在金属附近发生，就会对金属表面形成持续的反复的冲击，导致金属表面因疲劳而破坏，这种破坏称为机械剥蚀。

此外，汽泡破裂时产生局部温升，加速了活泼气体对金属材料的化学腐蚀作用。

金属表面在机械剥蚀和化学腐蚀的长期联合作用下，会出现蜂窝状破坏。

这种在泵内反复出现的液体汽化（汽泡形成）和凝结（汽泡破裂）的过程，并使金属表面受到冲击剥蚀和化学腐蚀的破坏现象称为汽蚀现象。

3水泵汽蚀类型
3.1叶型汽蚀：这是水泵普遍具有的汽蚀现象。

是发生在叶片表面的汽蚀，汽蚀破坏区在水泵叶轮的叶片表面上，在正面和背面，称为叶面型汽蚀。

主要是因为水泵安装过高，或倒灌高度太低，或流量偏离设计流量过大时产生的汽蚀现象。

其空泡形成和溃灭多发生在叶片的正面和背面或前轮盘内表面处以及叶片的根部。

3.2间隙汽蚀：在离心泵密封环与叶轮外缘的间隙处，由于叶轮进出水侧的压力差很大，导致高速回流，造成局部压降，引起间隙汽蚀。

亦称间隙汽蚀。

3.3旋涡汽蚀：涡带汽蚀是由于进水箱设计不当，造成水泵进口处水流的紊乱和漩涡，产生了涡带，把大量的气体周期性地带入水泵内。

即使在水泵叶片本身不产生叶面汽蚀的情况下，由于涡带的产生也会在叶片低压区产生周期性的强度很大的叶面汽蚀。

3.4粗糙汽蚀：水流经过泵内粗糙凹凸不平的内壁面和过流部件时。

在凸出物下游发生的汽蚀，称为粗糙汽蚀。

4汽蚀对离心泵工作的影响
汽蚀对离心泵有诸多危害，主要影响泵的正常工作，而且会很快使叶轮材料出现疲劳及剥蚀，产生振动和噪音。

汽蚀的主要危害有以下几个方面：
4.1 造成材料破坏。

汽蚀发生时，由于机械剥蚀与化学腐蚀的共同作用，使叶轮和蜗壳等处变得粗糙和多孔，产生裂纹，严重时将出现蜂窝状侵蚀，甚至形成空洞。

由于汽蚀现象的复杂性，所以其形成机理直到现在仍在研究探讨中。

材料破坏而缩短了泵的使用寿命。

4.2 产生噪声和振动。

汽蚀发生时汽泡的破裂和高速冲击会引起严重的噪声。

另外，汽蚀过程本身是一种反复凝结、冲击的过程，伴随很大的脉动力。

如果这些脉动力的频率与设备的自振频率接近，就会引起强烈的振动。

如果汽蚀造成泵转动部件材料破坏，必然影响转子的静平衡及动平衡，导致严重的机械振动。

但是，工厂由于其他来源的噪声已相当高，一般情况下，往往感觉不到汽蚀所产生的噪声。

4.3 使离心泵的性能下降。

汽蚀发生时，在汽蚀的初生阶段泵内汽泡较少，泵的性能曲线无明显变化。

当液体的汽化形成了大量汽泡时，将“堵塞”叶道过流断面，使叶道的过流断面面积减小，导致液流的流量和液体从叶片获得的能量减少，同时效率也有所下降，出现了断裂工况。

汽蚀会造成泵的工作性能恶化；严重时，可能出现断流，造成事故。

可见，离心泵汽蚀的危害是严重的。

因此我们应该很好的掌握汽蚀发生的原因，以及预防汽蚀发生的措施，防止汽蚀及其危害的发生。

6提高离心泵汽蚀性能的措施
水泵的汽蚀是由水泵本身的汽蚀性能和吸水条件决定的，水泵运行过程中，一定程度的汽蚀总是存在的。

所以，提高泵的抗汽蚀性能有很多工作要做。

根据离心泵汽蚀的理论分析，由于离心泵发生汽蚀的临界点就是NPSHr=NPSHa，要使离心泵不发生汽蚀，必须增大NPSHa和减小NPSHr。

提高离心泵汽蚀性能的措施主要从提高有效汽蚀余量NPSHa和降低必需汽蚀余量NPSHr两个方面进行。

根据理论分析，通过叶轮的优化设计来提高离心泵的汽蚀性能主要有以下几
个方面：
1）适当增大叶轮进口直径D1。

分析结果表明在改善汽蚀性能上存在最佳的叶轮进口直径。

2）增加叶轮叶片进口宽度b1。

适当增大叶轮出口宽度可使流道中的流速相对减小，提高泵的汽蚀性能。

3）采用长短叶片形式的叶轮来改善离心泵的汽蚀性能。

4）采用适当的叶片数量。

叶片数有个最佳值，通常为5～6片。

5）采用双吸式叶轮。

此时单侧流量减小一半，从而使υ0减小，NPSHr相当于单吸叶轮的0.63倍。

提高了离心泵的抗汽蚀性能。

如给水泵的前置泵，单级叶轮都采用双吸式叶轮。

6）叶轮前加设诱导轮。

诱导轮是与主叶轮同轴安装的一个类似于轴流式的叶轮，其叶片是螺旋形的。

一方面，诱导轮可对其后的离心叶轮起加压作用，并在离心叶轮进口处造成一个强制预旋，使离心叶轮进口处的相对速度比未装诱导轮时为小，从而降低了离心叶轮的必需汽蚀余量。

另一方面，由于诱导轮的流道宽而长，而且是轴向的，因此，在诱导轮外缘处因相对速度较大而形成汽泡时，汽泡只能沿轴向在外缘运动。

此时，运动的汽泡在诱导轮流道内因液体压强的升高而溃灭，这样就限制了汽泡的发展，不易造成整个流道的阻塞。

因此，采用诱导轮可以降低泵的必需汽蚀余量，具有较高的抗汽蚀性能。

如凝结水泵倒灌高度有限在叶轮前加设诱导轮就是很好的应用。