火力發(fā)電廠離心泵的汽蝕現(xiàn)象及對(duì)策研究

胡志明

神華神東電力有限責(zé)任公司郭家灣電廠 陜西 榆林 719000

引言

在火力發(fā)電廠中泵屬于十分關(guān)鍵的輔助機(jī)械設(shè)備，能夠順利運(yùn)輸液體，提升整體能量，最終實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)，提高火力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)合理性以及安全可靠性。泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行同時(shí)還和火力發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行密切相關(guān)，為此需要進(jìn)一步提高泵運(yùn)行的安全性。

一、火力發(fā)電廠離心泵汽蝕現(xiàn)象分析

在火力發(fā)電廠中，水泵應(yīng)用較為頻繁，大部分條件下主要是應(yīng)用離心泵。而在實(shí)際運(yùn)行中，離心水泵不可避免會(huì)出現(xiàn)各種運(yùn)行故障，而汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)對(duì)離心泵運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生直接威脅，影響整體工作質(zhì)量，嚴(yán)重的情況下還會(huì)直接破壞原材料。某些輕微的汽蝕現(xiàn)象會(huì)進(jìn)一步削弱葉片材料和葉輪材料的表面強(qiáng)度，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的日積月累，汽蝕現(xiàn)象所形成的作用影響會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，從而對(duì)整個(gè)流道造成嚴(yán)重的破壞和損傷，嚴(yán)重的情況下，還會(huì)使離心泵徹底無(wú)法工作，失去應(yīng)有效用，離心泵的振動(dòng)和噪音問(wèn)題也會(huì)進(jìn)一步加重。汽蝕現(xiàn)象形成過(guò)程中，因?yàn)橐后w呈現(xiàn)出周期性反復(fù)沖擊的現(xiàn)象，導(dǎo)致離心泵于實(shí)際運(yùn)行中噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象不斷加劇。如果汽蝕沖擊的活動(dòng)頻率和運(yùn)行機(jī)組的固定頻率處于相同條件下，便會(huì)導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)問(wèn)題，影響機(jī)組整體操作性能。汽蝕現(xiàn)象出現(xiàn)后，液體在汽化過(guò)程中所形成的氣泡會(huì)進(jìn)一步減小液流過(guò)流斷面的整體面積，導(dǎo)致流速進(jìn)一步擴(kuò)大，使軸向渦流不斷擴(kuò)大，增加整體的流動(dòng)損失，降低泵流量，削弱揚(yáng)程，影響整體效率，使泵的操作性能進(jìn)一步惡化。在汽蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重，影響程度較大的條件下，離心泵在實(shí)踐操作中會(huì)形成大量氣泡，對(duì)整個(gè)流道造成堵塞，阻斷整個(gè)過(guò)流斷面，徹底中斷泵流量，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的離心泵在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)解體現(xiàn)象，造成更大的事故問(wèn)題。而形成汽蝕現(xiàn)象的主要原因則是我們需要進(jìn)行深入探究的重點(diǎn)問(wèn)題之一，為此需要采取有效措施，合理防控汽蝕現(xiàn)象發(fā)生。

二、火力發(fā)電廠離心泵汽蝕現(xiàn)象出現(xiàn)原因

汽蝕現(xiàn)象出現(xiàn)原因和液體汽化具有密切聯(lián)系。而液體的汽化主要包括兩種條件：第一是在液體中作用壓力不變條件下進(jìn)一步提升液體溫度，第二是在傳輸液體溫度不變條件下，進(jìn)一步減少液體中的作用壓力，在上述兩種因素中應(yīng)該必備其中一種。在離心泵中的液體流動(dòng)時(shí)，假如水泵入口區(qū)域壓力進(jìn)一步減少到傳輸液體對(duì)應(yīng)溫度以下飽和壓力條件下，便會(huì)發(fā)現(xiàn)液體出現(xiàn)沸騰現(xiàn)象，形成大量氣泡，而該種現(xiàn)象所形成的氣泡通常會(huì)在低壓區(qū)域周圍集聚，最終形成空穴現(xiàn)象。而離心泵傳輸通道中的液體在流動(dòng)過(guò)程中，所形成的空穴氣泡會(huì)隨液體流動(dòng)傳送到離心泵出口區(qū)域，同時(shí)也是高壓區(qū)域，空穴氣泡在該區(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生氣泡快速破裂、蒸汽突然收縮和突然凝聚等現(xiàn)象，周圍的高壓液體質(zhì)點(diǎn)會(huì)通過(guò)相對(duì)較快的速度直接沖向空穴，形成猛烈的撞擊。而在撞擊質(zhì)點(diǎn)后，局部區(qū)域內(nèi)甚至?xí)纬筛哌_(dá)幾千幾百兆帕的作用壓力，假如將汽化以及凝聚整個(gè)過(guò)程持續(xù)發(fā)展下去，該種高壓和高速撞擊便會(huì)通過(guò)較高頻率發(fā)展下去。而氣泡破裂后會(huì)在葉片表面附著，液體質(zhì)點(diǎn)通過(guò)撞擊后所形成的壓力就如同葉片表面被射中的子彈頭，該種現(xiàn)象長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展下去，泵輪葉片材料的表層便會(huì)出現(xiàn)呈蜂窩狀的點(diǎn)蝕現(xiàn)象，也可以將其稱作是機(jī)械剝蝕現(xiàn)象。此外，質(zhì)點(diǎn)碰撞還會(huì)導(dǎo)致局部區(qū)域溫度進(jìn)一步提升，導(dǎo)致金屬材料自身氧化腐蝕現(xiàn)象進(jìn)一步惡化。于泵內(nèi)反復(fù)產(chǎn)生液體凝聚以及汽化現(xiàn)象，最終衍生出葉片和輪泵表層的氧化腐蝕以及機(jī)械腐蝕現(xiàn)象，而其所形成的破壞現(xiàn)象便屬于汽蝕[1]。

三、火力發(fā)電廠離心泵汽蝕現(xiàn)象解決對(duì)策分析

(一)優(yōu)化葉輪形狀。在火力發(fā)電廠中，想要進(jìn)一步消除和有效預(yù)防離心泵中的汽蝕現(xiàn)象，則需要針對(duì)葉輪入口區(qū)域的幾何形狀進(jìn)行全面優(yōu)化改善。泵首級(jí)葉輪主要是以雙吸葉輪為主，能夠有效減少葉輪入口流速，或促進(jìn)首級(jí)葉輪相關(guān)進(jìn)口直徑的進(jìn)一步擴(kuò)大，增加葉片入口寬度，降低汽蝕余量，促進(jìn)泵整體抗汽蝕性能的全面提升。適當(dāng)擴(kuò)大葉輪前蓋板區(qū)域的轉(zhuǎn)彎半徑，縮減流體脫流，不斷降低葉片在入口區(qū)域的阻力損失。在初步確定離心泵具體轉(zhuǎn)速以及流量后，泵的汽蝕余量和葉輪幾何外形存在密切聯(lián)系，為此需要改變?nèi)~輪進(jìn)口外形，而設(shè)計(jì)雙葉輪主要是因?yàn)槠涞韧趦蓚€(gè)單獨(dú)吸葉輪背對(duì)背運(yùn)行，能夠進(jìn)一步擴(kuò)大入口面積，使其增加一倍以上，而在相同流量條件下，入口速度可能會(huì)減少一倍，相關(guān)試驗(yàn)證明，選擇雙吸葉輪所需汽蝕余量?jī)H僅是單吸葉輪汽蝕余量的0.59倍。針對(duì)葉輪片的頭部位置進(jìn)行合理修整，從而進(jìn)一步控制介質(zhì)流速，針對(duì)葉輪入口葉片背面進(jìn)行修薄處理，同時(shí)還可以將前蓋板區(qū)域葉片進(jìn)行修薄。如此操作能夠有效提升葉輪應(yīng)用壽命，減少離心泵運(yùn)行中的所需汽蝕余量[2]。

(二)提升入口壓力。提升葉輪入口區(qū)域的承受壓力，使其超出液體對(duì)應(yīng)飽和溫度。針對(duì)離心泵進(jìn)行實(shí)際安裝工作中，應(yīng)該采取有效措施盡量縮減管道長(zhǎng)度，同時(shí)將其中各種無(wú)用局部阻件全面去除。離心泵進(jìn)水池應(yīng)該維持平緩的水流速度，避免出現(xiàn)過(guò)大漩渦。有效控制泵整體安裝高度，從最大程度上優(yōu)化離心泵的吸入性能，不斷提高整體注流高度，促進(jìn)離心泵自身吸入性能得到有效提升。于主泵前合理設(shè)置低速前置泵，從而在泵進(jìn)口附近進(jìn)一步擴(kuò)大液體壓力。除此之外，還可以在離心泵中的首級(jí)葉輪前面合理設(shè)置相應(yīng)的前置葉輪或誘導(dǎo)輪，從而促進(jìn)液體壓力的進(jìn)一步擴(kuò)大，有效改善離心泵自身汽蝕性能。針對(duì)離心泵進(jìn)行設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，可以于進(jìn)口部位合理設(shè)置誘導(dǎo)輪，能夠有效提升離心泵抗汽蝕性能。介質(zhì)經(jīng)過(guò)誘導(dǎo)輪時(shí)，會(huì)由誘導(dǎo)輪率先針對(duì)介質(zhì)增壓，隨后進(jìn)一步控制離心泵汽蝕問(wèn)題。

(三)改善葉輪制作材料。為了預(yù)防離心泵出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，可以針對(duì)離心泵葉輪選擇具備良好抗汽蝕性能的原材料進(jìn)行制作，而當(dāng)下應(yīng)用較為普遍的便是含鉻的不銹鋼材料，該種材料的化學(xué)性能較為穩(wěn)定、整體硬度相對(duì)較高，韌性條件好，具有足夠的強(qiáng)度，所以具備良好的抗汽蝕性能?？偠灾x心泵中的汽蝕問(wèn)題屬于火力發(fā)電廠中威脅相關(guān)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的主要問(wèn)題之一，應(yīng)該采取有效措施盡量減少該種類型問(wèn)題的發(fā)生。為了避免離心泵出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，選型設(shè)計(jì)中，可以提前選擇性能較好的材料設(shè)備，幫助離心泵進(jìn)一步延長(zhǎng)其運(yùn)行周期，可以選擇具有良好韌性、較高強(qiáng)度以及綜合性能良好的抗機(jī)械剝蝕材料，促進(jìn)離心泵運(yùn)行周期得到有效延長(zhǎng)。而不同材料制成的離心泵，在抗汽蝕性能方面具有較大差異。其中不銹鋼材料制成的葉輪和鑄鋼材料所形成的葉輪相比具有更好的抗汽蝕性，而超低碳鉻鎳合金鋼制作的葉輪和低碳鉻鎳合金鋼制作的葉輪相比具有更好的抗汽蝕性。通過(guò)進(jìn)一步提升過(guò)流部件以及葉輪加工精度，能夠提高過(guò)流部件的表層光滑度，進(jìn)一步減少水力損失，提升葉輪整體抗汽蝕性能，有效預(yù)防汽蝕問(wèn)題出現(xiàn)[3]。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽蝕現(xiàn)象是離心泵正常應(yīng)用中不可避免的問(wèn)題，通過(guò)針對(duì)離心泵進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，能夠從某種程度上幫助進(jìn)一步延緩汽蝕現(xiàn)象發(fā)生。在具體實(shí)踐操作過(guò)程中，需要針對(duì)泵實(shí)施日常維護(hù)和保養(yǎng)工作，針對(duì)其中的故障部件進(jìn)行及時(shí)更換，提升保養(yǎng)維護(hù)人員綜合素質(zhì)?？偠灾枰獜亩喾N層面入手，進(jìn)一步降低汽蝕現(xiàn)象的損傷，促進(jìn)離心泵實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。