水環(huán)式真空泵汽蝕原因分析及改造方案

陳玉堂

摘要：大唐烏紗山電廠(4*600MW)由于每年有較長(zhǎng)的高負(fù)荷期,所以汽輪機(jī)凝汽器水環(huán)真空泵長(zhǎng)期在高真空條件下運(yùn)行,特別是夏季條件更為惡劣,真空泵轉(zhuǎn)子葉片材料(鑄造304)在抗汽蝕上達(dá)到極限,使其使用壽命受到一定影響,經(jīng)過(guò)考察,加裝大氣噴射器有效避免了汽蝕對(duì)真空泵轉(zhuǎn)子的影響,延長(zhǎng)了真空泵的使用壽命。

關(guān)鍵詞：水環(huán)式真空泵 大氣噴射器凝汽器真空

1 水環(huán)式真空泵汽蝕原因的簡(jiǎn)要分析

烏紗山發(fā)電廠汽輪機(jī)凝汽器水環(huán)真空泵的大小是根據(jù)本廠發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)運(yùn)行工況選型確定的，當(dāng)運(yùn)行在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)時(shí)，真空泵能正常運(yùn)行，如相關(guān)原因，比如：機(jī)組長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行；夏季冷卻水溫度較高或冷卻水流量過(guò)小導(dǎo)致真空泵換熱器冷卻效果差，真空泵則會(huì)在高真空下運(yùn)行，相當(dāng)于接近或處于憋死狀態(tài)下運(yùn)行，由于固有的物理現(xiàn)象，在水溫一定的條件下，真空越高，水溫越高，泵內(nèi)的水接近沸騰并會(huì)產(chǎn)生大量的氣泡，氣泡的產(chǎn)生與破裂過(guò)程會(huì)對(duì)葉輪造成汽蝕損壞，破壞葉輪的動(dòng)平衡，引起泵體的強(qiáng)烈振動(dòng)，振壞真空泵的附屬設(shè)備（壓力真空表、壓力開關(guān)、入口氣動(dòng)門的反饋裝置等），而且會(huì)發(fā)出非常大的汽蝕噪聲，這些狀況嚴(yán)重影響了真空泵組的安全運(yùn)行和汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

2 技術(shù)改造方案的依據(jù)及詳細(xì)說(shuō)明

如果要解決真空泵的汽蝕問(wèn)題，降低水溫成本較大，降低真空度也就是讓凝汽器背壓上升這樣更不可能，這將嚴(yán)重影響機(jī)組的帶負(fù)荷能力，理想的辦法是在原水溫、系統(tǒng)真空不變的情況下能解決汽蝕的產(chǎn)生，目前最佳的選擇就是給真空泵加裝大氣噴射器，整個(gè)真空泵組的抽汽性能會(huì)更好，因此凝汽器的真空仍可保證目前水平或更高，但真空泵體內(nèi)部真空度僅在12Kpa(此時(shí)系統(tǒng)真空在3－8Kpa范圍之內(nèi))，這樣可有效避免汽蝕的產(chǎn)生。大氣噴射泵由：噴嘴、吸氣室、和擴(kuò)壓器組成，其排氣口與水環(huán)泵進(jìn)氣口相連。如圖1所示：

大氣噴射器原理簡(jiǎn)介：先啟動(dòng)水環(huán)真空泵，使噴嘴進(jìn)氣口和排氣口之間形成壓力差，大氣可從噴嘴進(jìn)入泵內(nèi)，當(dāng)壓力差為大氣壓力的1/2時(shí)，空氣介質(zhì)經(jīng)噴嘴收縮段得到加速，到喉部時(shí)可達(dá)到聲速，到擴(kuò)張段可進(jìn)一步加速到聲速，射向擴(kuò)散器形成高速射流，并造成吸氣室內(nèi)的壓力比被抽容器內(nèi)壓力低，因此被抽氣體吸入室內(nèi)，由于兩股氣流吸氣室內(nèi)混合，動(dòng)量交換產(chǎn)生的損失使氣流速率逐漸減慢，當(dāng)進(jìn)入擴(kuò)散器喉部則降到聲速以下，經(jīng)擴(kuò)散器擴(kuò)張段進(jìn)一步降低，壓力不斷升高，最后達(dá)到大氣噴射器的排氣壓力，即水環(huán)泵的吸氣壓力，則水環(huán)泵把氣體吸入再排出泵外，即完成吸氣、排氣過(guò)程。

3 技術(shù)改造具體的步驟及詳細(xì)說(shuō)明

3.1 機(jī)械改造部分

從兩張圖上比較，可知道改裝后的進(jìn)氣管路比原來(lái)泵組管路加長(zhǎng)了700mm左右，增加的零部件在圖上已經(jīng)標(biāo)出，如果位置不夠，可將管路上的閘閥改為豎直裝在管路上，這樣就有截?cái)?00mm的管路的余地。

3.2 泵組控制部分改動(dòng)(參照?qǐng)D3) 增加壓力開關(guān)47a（雙觸點(diǎn)47a1、47a2）其作用是用來(lái)控制進(jìn)氣三通與噴射器三通接管間的氣動(dòng)蝶閥（16b）以及噴射器上的氣動(dòng)蝶閥（19a）的開與關(guān)，從而控制噴射器的投入和退出。

具體控制步驟如下：

3.2.1 當(dāng)一臺(tái)主泵運(yùn)行時(shí)，壓力開關(guān)測(cè)得壓力小于10kpa（具體可設(shè)定）時(shí)，大氣噴射器切換閥【16b】關(guān)閉，同時(shí)大氣噴射器驅(qū)動(dòng)氣體閥門[19a]開啟，當(dāng)上述兩個(gè)閥門動(dòng)作完成后，大氣噴射器處于投入狀態(tài)。

3.2.2 當(dāng)一臺(tái)主泵運(yùn)行時(shí)，壓力開關(guān)【47a2】測(cè)得壓力大于14Kpa時(shí)（此值可自己設(shè)定），大氣噴射器驅(qū)動(dòng)氣體閥門[19a]關(guān)閉，同時(shí)大氣噴射器切換閥【16b】開啟，當(dāng)上述兩個(gè)閥門動(dòng)作完成后，大氣噴射器處于退出狀態(tài)。

3.2.3 原來(lái)機(jī)組壓力開關(guān)和壓差開關(guān)的設(shè)定值均不需改變。

4 改造后的優(yōu)點(diǎn)與改造前、后性能及經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

4.1 改造后的優(yōu)點(diǎn)：①最主要保證了真空泵不會(huì)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，噪聲及振動(dòng)將大幅度減少，真空泵的使用壽命將得到提高，已經(jīng)改造的3號(hào)機(jī)A真空泵自2008年8月份加裝大氣噴射器以來(lái)噪聲及振動(dòng)將大幅度減少，從未出現(xiàn)過(guò)葉輪斷裂、振動(dòng)過(guò)大損壞熱控設(shè)備的現(xiàn)象。②由于本機(jī)組凝汽器嚴(yán)密性較好，在高真空階段加裝大氣噴射器的泵組抽氣性能比單泵更好，同時(shí)凝汽器真空始終維持在5－6Kpa 左右的理想水平，為提高機(jī)組的帶負(fù)荷率創(chuàng)造了良好的條件。

4.2 改造前后的性能、經(jīng)濟(jì)性對(duì)比 ①加裝大氣噴射器前，真空泵內(nèi)的真空保持在6 Kpa左右，加裝大氣噴射器后，真空泵內(nèi)的真空保持在12Kpa左右，參照真空泵功率曲線，在12Kpa時(shí)，其軸功率為113KW，由于凝汽器真空是不斷變化的，所以目前使用的真空泵的抽氣真空也是變化的，所以不能很具體說(shuō)明軸功率提高多少，一般的我們按6 Kpa（功率為99 KW）與12 Kpa（功率為113KW）相比，也就是說(shuō)加裝大氣噴射器后其功率會(huì)增加14 KW左右。②加裝大氣噴射器后，真空泵的抽氣性能得到提高，通過(guò)我們觀察和DCS上位機(jī)歷史曲線顯示，機(jī)組的凝汽器真空更穩(wěn)定，且比原有同比條件下，真空能提高1 Kpa左右，且有向更高真空趨勢(shì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]廣東省佛山水泵廠.水環(huán)真空泵改裝噴射器的說(shuō)明書.

[2]浙江大唐烏紗山發(fā)電有限責(zé)任公司3A真空泵改造技術(shù)方案.