影响叶轮气蚀的因素分析

影响叶轮气蚀的因素分析根据流体动力学分析可知，泵是否发生气蚀取决于泵气蚀余量和装置气蚀余量的差值，泵气蚀余量小于装置气蚀余量是循环水泵叶轮发生气蚀的主要原因。从设备的检修角度看，循环水泵叶轮产生气蚀的主要原因有以下几方面：倒灌高度不够造成有效气蚀余量下降；空气进入泵内；密封间隙大造成间隙气蚀；长期偏离设计工况运行造成叶片内流速过快；泵超负荷运行；压力和流量分布不均，产生汽泡；运行方式不当等。以下根据各电厂的实际情况进行详细分析。1、泵送系统的流量过大实际运行中，泵循环水量大大超过设计值，由于大流量引起叶轮进口速度增加，从而引起泵进口至叶轮以及进口管路中的压力降增加(见图1)，超过气蚀界限，产生严重气蚀。另外，每年夏季，由于气温高，热负荷大，循环水泵必须满负荷，甚至超负荷运行，从而造成泵的允许吸上扬程降低，导致循环水泵允许气蚀余量增大，从而引起泵叶轮的气蚀。2、倒灌高度不够倒灌高度为吸人池最高液面标高与泵中心线标高的差值，随着液面降低，倒灌高度会减小。如果倒灌高度的减小超过界限，从而引起泵叶轮的气蚀。对于非标准设计的吸人池来说应该提高水泵的淹没深度。3、水泵的运行方式两台具有相同进口压力和出口压力的水泵，在适当管路布置(进口管几何相似)下并联运行时，根据相似定律，泵的必须气蚀余量与转速的平方成正比，此时不会发生气蚀。然而，若1台作为主泵连续运行，而另1台只有当流量要求增大时才开动，主泵可能会超时连续磨损。这种磨损会增大旋转间隙导致性能下降，产生潜伏气蚀。潜伏气蚀对泵的性能影响较小，但长期处于潜伏气蚀状态，会对叶片产生不良影响。此外，次泵长期运行在严重偏离设计范围时，叶轮吸入口的流速增加，叶片进口处的流量和压力分布很不均匀，并产生局部低压区，这个低压区低到一定程度时就有可能产生局部气蚀。4、空气进入泵内造成叶轮气蚀如果输送的介质中富含空气，在较低压力下较易挥发，会大大降低吸入口状态的真空度，气蚀现象同样发生，这是泵发生气蚀的主要原因。循环水中气体的来源主要有以下几个方面：①40~50℃的温水进人吸人池时容易产生一定量的气泡，这些气泡随池内漩涡进人叶轮，形成气囊，阻碍流道，或被高压液体挤破爆裂，然后又形成气泡。②循环水在冷却塔冷却的过程中，夹带了大量的过饱和空气；③吸水池中旋涡带入的空气；④轴封漏气，循环水泵两侧的轴封各设有水冲洗装置，以冷却填料和防止空气进入泵内。采用传统填料密封的循环水泵，填料对泵的磨损较大，随之间隙增大，密封效果变差，空气在大气压力作用下进入叶轮进口低压区，并随水进入高压区冲击叶轮造成机械剥蚀而产生气蚀。某石化烯烃厂按上述方法找出了其3台循环水泵发生气蚀的原因，在设备上采取了下列改进措施：①叶轮及吸入管道刷涂环氧树脂；②壳体采用铸铁焊补技术；③吸入室加抽汽线；④循环水泵入口加破涡板；⑤采用CSM2000密封填料对轴封进行改造，将原密封水接口改为填料充填接口,如图2所示。改造后,投入运行，效果良好。此外，含有氯离子且偏碱性弱腐蚀的水质，也会加速对叶轮气蚀的腐蚀。提高水泵抗气蚀性能的措施为防止循环水泵叶轮气蚀事故的发生，应结合设备实际情况，把各项防气蚀措施落实到现场运行规程和运行管理、检修管理、设备管理工作中。消除产生气蚀的环境，在操作确保吸水池水位高于限值。1、在一定限度内增大叶轮进口直径对无轮毂的叶轮，可增大叶轮进口有效面积，减小叶轮进口流速，提高泵的抗气蚀性能。但并非越大越好，同时过大还将使密封环处间隙面积增大，从而使泄漏损失增大，容积效率降低。保定热电厂32SA-19A型循环水泵运行中，原叶轮受气蚀冲刷现象非常严重，为决该问题，该厂根据壳体和轴面尺寸对叶轮进口颈部直径和轮毂直径进行必要的修正，修正时兼顾到提高泵的抗气蚀性能，以提高叶轮进口过流面积，实践证明该方法是成功的。苇湖梁发电厂的32SA19A型循环水泵改造中，也采用类似方式，只是叶轮采用了抗气蚀性能较好的1Cr18Ni9Ti不锈钢，密封环仍用铸铁材料HT200。2、适当地增大叶片进口宽度气蚀汽泡最初在叶片的进口边靠近前盖板处发生，然后逐渐沿轴向发展。加宽能增加叶片进口处的过流面积，降低轴面速度，等于给气蚀汽泡的发展过程增加了朝轴向发展的余地，从而延迟了汽泡朝出口的发展过程。即，增加可以延长气蚀潜伏期，从而延迟断裂工况的发生。但是，过大的宽度将使叶轮轴面投影图的绘制发生困难，也将使叶轮流道的面积变化不规则，从而使水力损失增大，泵的效率降低。因此，单纯加宽来提高其气蚀性能，可能效果较差，实际应用上可同增加直径联合使用。此外，减小轮毂直径与增大宽度一样，也会增大液流的进口面积，从而改善抗气蚀性能。3、合理地确定叶片进口边的位置和形状叶片进口边适当向吸入口方向延伸，并使之与轴线的倾角γ=30°~40°，叶片向前延伸，能增加叶片面积，使相同扬程下叶片单位面积上的载荷减小，并工作面和背面的压力趋于均匀；另外，叶片前伸，因进口边半径减小，可使圆周速度和相应的相对速度也减小。因此，有利于泵的抗气蚀性能增强。除此之外叶片延伸后，扬程曲线变得比较平缓，减轻驼峰，对电厂运行是有利的。4、合理增大前盖板的转向半径适当地减小前盖板的曲率，即增大半径可减弱转弯处离心力的影响，液流的转弯比较平滑，且使速度均匀，可以提高泵的抗气蚀性能，同时将对效率起良好的影响。5、增大叶片进口安装角β1，或制成较大的冲角叶片进口安放角β1，通常都大于液流角β，即在设计流量下，液体以正冲角(β1β)进入叶片，取冲角i=3°~8°，对效率没有显著影响，却能提高泵的气蚀性能。但叶片进口安装角过大，将会导致泵效率和抗气蚀性能的降低。6、叶片进口厚度锉削叶片进口的压力面，削薄叶片进口边，并打圆角，使叶片进口厚度减薄，接近流线型，此时泵的抗气蚀性能更好。同时，每隔一个叶片缩短叶片的进口段，并强制叶轮进口处达到90°的正预旋。长山热电厂对其48sh–22和24sh-19型循环水泵进行技术改造时，考虑到改进后要提高泵的效率和抗气蚀性能，便将原泵的叶轮的材质由铸铁改为25号钢，叶片也尽量做得薄了一些。另外，采用诱导轮可使泵的气蚀比转数C提高到3500~4000，采用双吸泵或降低转速等方面的措施，则在相同C值下，可降低泵气蚀余量，以解决气蚀问题。叶轮发生气蚀，是电厂循环水泵运行过程中产生的常见事故。造成叶轮气蚀技术上的因素是多方面的，各类因素导致气蚀的机理也有所区别。其中主要的因素包括：泵送系统的流量过大、倒灌高度不够、水泵的运行方式和空气进入泵内造成叶轮气蚀。在检修中，可先依据这些对叶轮气蚀进行分析和改造。在设计和改造中，采用适当增大叶轮进口直径、适当地增大叶片进口宽度、合理确定叶片进口边位置和形状、合理增大前盖板的转向半径，以及增大叶片进口安装角，或制成较大的冲角、削薄叶片进口厚度等措施可有效的避免循环水泵叶轮气蚀的发生。