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水環真空泵、離心泵、壓縮機、水環式真空泵機組及一體化成套設備

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水環式真空泵加裝大氣噴射器的改造

 

      我廠為電廠提供的一套水環真空泵機組,自投產后發現真空泵在極限真空下運行噪音超標,并導致真空泵葉輪損壞,對電廠的正常生產造成影響,所以決定對凝汽器 真空泵進行技術改造,加裝大氣噴射器,以期降低運行噪音,防止再次出現由于汽蝕造成的葉輪斷裂損壞,延長水環式真空泵的使用壽命,確保電廠正常安全生產。

1. 水環式真空的結構及工作原理

      泵體與其兩側的前配氣盤、后配氣盤組成一個腔體。葉輪安放在腔體內,其軸與泵體軸平行并有一定的偏心距。前后配氣盤上開有吸排氣孔。

      啟動泵前先向泵體內注入一定量的工作水,水量由自動排水閥控制。由于葉輪下部的葉片浸在水中,當葉輪旋轉時,葉片便帶動水運動,水受離心力的作用形成一緊 貼殼壁的旋轉水環,水環的軸線與泵體同線基本同軸,因而水環內表面與葉輪輪轂表面及兩側蓋端面之間形成1個月牙形工作空間,該空間被葉片分隔成若干個腔 室,腔室容積隨葉輪回轉不斷地改變。

      葉輪順時針轉動,在前半轉,工作小腔容積由小變大形成真空。于是,外界的氣體通過進氣口入前、后泵蓋的吸氣腔,再通過配氣盤的吸氣孔進入工作腔室。在后半轉,工作小腔容積由大變小,氣體被壓縮,壓力升高,經配氣盤的排氣口排出。

2. 真空泵葉輪損壞情況及解決方法

      通過對真空泵進行解體檢修,詳細觀察真空泵的損壞情況:一片葉片掉塊、葉片出現斷裂、加強環與葉片連接處都有斷裂現象、泵體損環、分配板有刮痕,說明這是典型的真空泵運行當中葉片疲勞斷裂造成的破壞。

2.1 真空泵葉輪發生汽蝕的原因分析

      真空泵產生汽蝕是一種物理現象,當在一定的水溫及真空下,汽蝕就會發生,因機組的嚴密性存在不確定性,一般情況下設計選型以及真空泵選型都會有較大裕量, 這樣當機組的嚴密性較差時也能達到設計的要求。但當機組的精密性很好時,真空泵又有一定的裕量,這樣,凝汽器的真空會較高,雖然這對機組的發電效率有好 處,但不可避免地使真空泵面臨汽蝕的影響。工作水溫的升高降低了抽氣設備的性能,給凝汽器真空產生不利影響。

      單級真空泵壓縮比大,對工作水溫尤其敏感,當工作水溫升高時導致葉輪因汽蝕而損壞。防止汽蝕對真空泵的破壞是一項很關鍵的技術。通過對真空泵葉輪損壞的原因進行分析,主要有以下幾點:

(1)真空泵選型偏大,導致真空泵產生汽蝕,不能滿足工作需要。
(2)工作環境、工作狀況發生變化,實際工作狀況與設計工況不符,使真空泵產生汽蝕。凝汽器氣密性好,系統的真空度較高。從而導致真空泵在極限狀態下運行,發生汽蝕現象。
(3)換熱器的熱交換效果對泵的性能有很大影響。冷卻水溫度偏高,熱交換器的換熱效果較差,冷卻液溫度升高導致泵的汽蝕產生。
(4)真空泵設計不盡合理,有效氣蝕余量不足,使真空泵產生汽蝕。

2.2 真空泵葉輪汽蝕的解決方法

      從以上對真空泵葉輪發生汽蝕的原因分析可知,要想根本解決真空泵產生汽蝕的問題,一是降低冷卻水溫,但這樣一來成本很大,二是降低真空度,也就是讓凝汽器 背壓上升,這樣的方法更不可行,這將嚴重影響機組的帶負荷能力和機組的經濟性,理想的辦法是在原水溫、凝汽器真空不變的情況下能徹底解決汽蝕的產生,目前 最佳的辦法就是給真空泵加裝大氣噴射器,這樣可以改變整個真空泵組的抽汽性能,而且凝汽器的真空仍可保證改造前的水平或更高,因此采用水環--噴射器的真 空泵機組可以有效避免汽蝕的產生,因為當凝汽的真空在3~5kPa時,水環--噴射器真空泵機組的第一級(噴射器)的吸入壓力也在3~5kPa,但作為第 二級的真空泵其吸入壓力在12kPa左右,這樣,同樣的工作水溫,完全沒有可能產生汽蝕現象,徹底解決產生汽蝕的原因,而且當機組嚴密性較好時,水環-- 噴射泵比單一采用真空泵可以達到更高的真空。

3. 大氣噴射泵的原理

      水環噴射泵作為一種很成熟的產品,在各個行業已廣泛應用,同樣作為抽凝汽器真空的設備也得到廣泛的應用。與水環式真空泵配合的噴射器成套裝置,是針對所配 套的真空泵性能進行設計,可以使效率達到最佳狀態。相對比單一真空泵,凝汽器真空有可能達到更高。大氣噴射器又叫大氣噴射真空泵,可以直接利用常壓大氣作 介質,可以按一有、二級、三級串聯工作。

      大氣噴射器作用是利用大氣壓相對于真空泵的壓差,產生空氣射流,在噴射器內獲得比真空泵更低的抽吸壓力,從而消除真空泵的極限壓力,防止真空泵產生汽蝕, 起到保護真空泵的作用。當壓縮空氣進入到拉法爾噴嘴喉部最小斷面處,其壓力達到臨界值PK,此時空氣流速達到音速VK。在拉法爾噴嘴的擴張段,速度逐漸上 升,而壓力繼續下降。當達到噴嘴出口切面時,速度達到超音速,壓力為P/0。壓縮空氣流出噴嘴后,繼續膨脹到P//0。這時壓縮空氣的壓力才與被抽氣體的 壓力相等,即P/0=P//0。被抽氣體從P1到P//1的壓力差,使被抽氣體得到顯著的加速。壓縮空氣和被抽氣體兩股氣流在混和室內相互混和進行動量和 能量交換,把壓縮空氣由壓力能轉變來的動能傳給被抽氣體,從而使壓縮空氣速度V0逐漸降低被抽氣體速度V1逐漸增高,兩者速度逐步接近。最后,在擴壓器喉 部某處兩者速度達到一致V/3,并產生正激波,使得混合氣流速度下降,從激波前的超音速下降到激波后的亞音速V3,同時壓力上升到P3。

      在實際應用中,大氣噴射泵是作為水環泵的前級泵組成水環--大氣噴射泵機組,來提高水環泵的極限壓力和擴大其工作范圍。由于水環泵受到水溫限制,在極限真 空下其抽氣速率大量減少以及水環泵內部容易產生汽蝕,這時配帶大氣噴射泵就有很大的好處。汽蝕是一種物理現象,當真空高到一定值時,真空泵內的工作水會不 斷產生氣泡破裂的現象,當這種現象出現時會導致真空泵噪聲劇增,出現這種情況并不是泵的質量問題,只要是用水作工作液的真空泵就會出現這種情況;但出現汽 蝕現象對真空泵來說也是一種非正常狀態,經常在這種狀態運行會影響到真空泵的使用壽命;為避免在這種情況下運行的最佳選擇就是給真空泵加裝大氣噴射泵。加 上大氣噴射泵后,當發電機組在冬季運行時,整個真空泵組抽氣性能會與日俱增,因此凝汽器真空泵可保證在目前水平或者更高,但真空泵本體其內部真空度在 12kPa左右這樣就有效避免汽蝕的產生。

      當起動水環泵時,噴嘴進氣口與排氣口間形成壓力差,大氣使噴嘴進入泵內。內壓力差為大氣壓力的1/2時,空氣介質經噴嘴收縮段得到加速,到喉部時可達到聲 速,到擴張段再進一步加速到超聲速,射向擴散器,形成高速射流,并造成吸氣室內的壓力比被抽容器內的壓力低,因此將被抽氣體吸入室內。由于二股氣流在吸氣 室內混合,動量交換產生的損失使氣流速度逐漸減慢,當進入擴散器喉部時則降到聲速以下。經擴散器擴張段時,速度進一步降低,壓力不斷升高,最后達到大氣噴 射泵排氣壓力,即水環泵吸氣壓力,則由水環泵把氣體吸入,再排出泵外,即完成了吸氣、排氣過程。

4. 真空泵加裝大氣噴射器改造后的好處

4.1最主要的是真空泵不會發生汽蝕現象,噪聲及振動大幅減少;真空泵的使用壽命將得到提高,同時減少真空泵葉輪的維護工作量。
4.2當發電機組在冬季運行時,整個真空泵組抽氣性能會更好,因此凝汽器真空仍可保證在改造前的水平甚至更高。

5. 結語

      通過加裝大氣噴射器后1年多的運行,沒有發現真空泵有汽蝕的現象,真空泵運行產生的噪聲也有所降低,真空泵組的抽氣性能維持在正常狀態。由于避免了在汽蝕 產生的工況下運行,有效延長了真空泵的使用壽命,減少了設備的檢修維護工作量,提高機組的運行安全性和經濟性,是值得采用的防止汽蝕的有效的技術改造方 法。

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