水环式真空泵汽蚀原因分析及改造方案

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)浙江大唐乌沙山发电厂运行维护项目部 作者:陈玉堂

1、水环式真空泵汽蚀原因的简要分析

  乌纱山发电厂汽轮机凝汽器水环真空泵的大小是根据本厂发电机组的设计运行工况选型确定的,当运行在设计范围之内时,真空泵能正常运行,如相关原因,比如:机组长期满负荷运行;夏季冷却水温度较高或冷却水流量过小导致真空泵换热器冷却效果差,真空泵则会在高真空下运行,相当于接近或处于憋死状态下运行,由于固有的物理现象,在水温一定的条件下,真空越高,水温越高,泵内的水接近沸腾并会产生大量的气泡,气泡的产生与破裂过程会对叶轮造成汽蚀损坏,破坏叶轮的动平衡,引起泵体的强烈振动,振坏真空泵的附属设备(压力真空表、压力开关、入口气动门的反馈装置等),而且会发出非常大的汽蚀噪声,这些状况严重影响了真空泵组的安全运行和汽轮发电机组的安全运行。

2、技术改造方案的依据及详细说明

  如果要解决真空泵的汽蚀问题,降低水温成本较大,降低真空度也就是让凝汽器背压上升这样更不可能,这将严重影响机组的带负荷能力,理想的办法是在原水温、系统真空不变的情况下能解决汽蚀的产生,目前最佳的选择就是给真空泵加装大气喷射器,整个真空泵组的抽汽性能会更好,因此凝汽器的真空仍可保证目前水平或更高,但真空泵体内部真空度仅在12Kpa(此时系统真空在3-8Kpa 范围之内),这样可有效避免汽蚀的产生。

  大气喷射泵由:喷嘴、吸气室、和扩压器组成,其排气口与水环泵进气口相连。如图1 所示:

大气喷射泵

  大气喷射器原理简介:先启动水环真空泵,使喷嘴进气口和排气口之间形成压力差,大气可从喷嘴进入泵内,当压力差为大气压力的1/2时,空气介质经喷嘴收缩段得到加速,到喉部时可达到声速,到  扩张段可进一步加速到声速,射向扩散器形成高速射流,并造成吸气室内的压力比被抽容器内压力低,因此被抽气体吸入室内,由于两股气流吸气室内混合,动量交换产生的损失使气流速率逐渐减慢,当进入扩散器喉部则降到声速以下,经扩散器扩张段进一步降低,压力不断升高,最后达到大气喷射器的排气压力,即水环泵的吸气压力,则水环泵把气体吸入再排出泵外,即完成吸气、排气过程。

3、技术改造具体的步骤及详细说明

3.1、机械改造部分

  从两张图上比较,可知道改装后的进气管路比原来泵组管路加长了700mm 左右,增加的零部件在图上已经标出,如果位置不够,可将管路上的闸阀改为竖直装在管路上,这样就有截断700mm 的管路的余地。

3.2、泵组控制部分改动(参照图3) 增加压力开关47a(双触点47a1、47a2) 其作用是用来控制进气三通与喷射器三通接管间的气动蝶阀(16b)以及喷射器上的气动蝶阀(19a)的开与关,从而控制喷射器的投入和退出。具体控制步骤如下:

3.2.1、当一台主泵运行时,压力开关测得压力小于10kpa(具体可设定)时,大气喷射器切换阀[16b]关闭,同时大气喷射器驱动气体阀门[19a]开启,当上述两个阀门动作完成后,大气喷射器处于投入状态。

3.2.2、当一台主泵运行时,压力开关[47a2]测得压力大于14Kpa 时(此值可自己设定),大气喷射器驱动气体阀门[19a]关闭,同时大气喷射器切换阀[16b]开启,当上述两个阀门动作完成后,大气喷射器处于退出状态。

3.2.3、原来机组压力开关和压差开关的设定值均不需改变。

4、改造后的优点与改造前、后性能及经济性对比

4.1、改造后的优点:①最主要保证了真空泵不会发生汽蚀现象,噪声及振动将大幅度减少,真空泵的使用寿命将得到提高,已经改造的3 号机A 真空泵自2008 年8 月份加装大气喷射器以来噪声及振动将大幅度减少,从未出现过叶轮断裂、振动过大损坏热控设备的现象。②由于本机组凝汽器严密性较好,在高真空阶段加装大气喷射器的泵组抽气性能比单泵更好,同时凝汽器真空始终维持在5-6Kpa左右的理想水平,为提高机组的带负荷率创造了良好的条件。

4.2、改造前后的性能、经济性对比①加装大气喷射器前,真空泵内的真空保持在6 Kpa 左右,加装大气喷射器后,真空泵内的真空保持在12Kpa 左右,参照真空泵功率曲线,在12Kpa 时,其轴功率为113KW,由于凝汽器真空是不断变化的,所以目前使用的真空泵的抽气真空也是变化的,所以不能很具体说明轴功率提高多少,一般的我们按6 Kpa(功率为99 KW)与12 Kpa(功率为113KW)相比,
也就是说加装大气喷射器后其功率会增加14KW 左右。②加装大气喷射器后,真空泵的抽气性能得到提高,通过我们观察和DCS 上位机历史曲线显示,机组的凝汽器真空更稳定,且比原有同比条件下,真空能提高1Kpa 左右,且有向更高真空趋势发展。

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