火力發電廠離心泵的汽蝕現象及對策研究

胡志明

神華神東電力有限責任公司郭家灣電廠 陜西 榆林 719000

引言

在火力發電廠中泵屬于十分關鍵的輔助機械設備，能夠順利運輸液體，提升整體能量，最終實現熱力循環，提高火力發電廠的經濟合理性以及安全可靠性。泵的安全穩定運行同時還和火力發電廠的安全穩定運行密切相關，為此需要進一步提高泵運行的安全性。

一、火力發電廠離心泵汽蝕現象分析

在火力發電廠中，水泵應用較為頻繁，大部分條件下主要是應用離心泵。而在實際運行中，離心水泵不可避免會出現各種運行故障，而汽蝕現象的發生會對離心泵運行狀態產生直接威脅，影響整體工作質量，嚴重的情況下還會直接破壞原材料。某些輕微的汽蝕現象會進一步削弱葉片材料和葉輪材料的表面強度，經過長時間的日積月累，汽蝕現象所形成的作用影響會進一步擴大，從而對整個流道造成嚴重的破壞和損傷，嚴重的情況下，還會使離心泵徹底無法工作，失去應有效用，離心泵的振動和噪音問題也會進一步加重。汽蝕現象形成過程中，因為液體呈現出周期性反復沖擊的現象，導致離心泵于實際運行中噪聲和振動現象不斷加劇。如果汽蝕沖擊的活動頻率和運行機組的固定頻率處于相同條件下，便會導致機組產生強烈振動問題，影響機組整體操作性能。汽蝕現象出現后，液體在汽化過程中所形成的氣泡會進一步減小液流過流斷面的整體面積，導致流速進一步擴大，使軸向渦流不斷擴大，增加整體的流動損失，降低泵流量，削弱揚程，影響整體效率，使泵的操作性能進一步惡化。在汽蝕現象較為嚴重，影響程度較大的條件下，離心泵在實踐操作中會形成大量氣泡，對整個流道造成堵塞，阻斷整個過流斷面，徹底中斷泵流量，導致系統內的離心泵在實際運行中出現解體現象，造成更大的事故問題。而形成汽蝕現象的主要原因則是我們需要進行深入探究的重點問題之一，為此需要采取有效措施，合理防控汽蝕現象發生。

二、火力發電廠離心泵汽蝕現象出現原因

汽蝕現象出現原因和液體汽化具有密切聯系。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一步提升液體溫度，第二是在傳輸液體溫度不變條件下，進一步減少液體中的作用壓力，在上述兩種因素中應該必備其中一種。在離心泵中的液體流動時，假如水泵入口區域壓力進一步減少到傳輸液體對應溫度以下飽和壓力條件下，便會發現液體出現沸騰現象，形成大量氣泡，而該種現象所形成的氣泡通常會在低壓區域周圍集聚，最終形成空穴現象。而離心泵傳輸通道中的液體在流動過程中，所形成的空穴氣泡會隨液體流動傳送到離心泵出口區域，同時也是高壓區域，空穴氣泡在該區域內會產生氣泡快速破裂、蒸汽突然收縮和突然凝聚等現象，周圍的高壓液體質點會通過相對較快的速度直接沖向空穴，形成猛烈的撞擊。而在撞擊質點后，局部區域內甚至會形成高達幾千幾百兆帕的作用壓力，假如將汽化以及凝聚整個過程持續發展下去，該種高壓和高速撞擊便會通過較高頻率發展下去。而氣泡破裂后會在葉片表面附著，液體質點通過撞擊后所形成的壓力就如同葉片表面被射中的子彈頭，該種現象長時間發展下去，泵輪葉片材料的表層便會出現呈蜂窩狀的點蝕現象，也可以將其稱作是機械剝蝕現象。此外，質點碰撞還會導致局部區域溫度進一步提升，導致金屬材料自身氧化腐蝕現象進一步惡化。于泵內反復產生液體凝聚以及汽化現象，最終衍生出葉片和輪泵表層的氧化腐蝕以及機械腐蝕現象，而其所形成的破壞現象便屬于汽蝕[1]。

三、火力發電廠離心泵汽蝕現象解決對策分析

(一)優化葉輪形狀。在火力發電廠中，想要進一步消除和有效預防離心泵中的汽蝕現象，則需要針對葉輪入口區域的幾何形狀進行全面優化改善。泵首級葉輪主要是以雙吸葉輪為主，能夠有效減少葉輪入口流速，或促進首級葉輪相關進口直徑的進一步擴大，增加葉片入口寬度，降低汽蝕余量，促進泵整體抗汽蝕性能的全面提升。適當擴大葉輪前蓋板區域的轉彎半徑，縮減流體脫流，不斷降低葉片在入口區域的阻力損失。在初步確定離心泵具體轉速以及流量后，泵的汽蝕余量和葉輪幾何外形存在密切聯系，為此需要改變葉輪進口外形，而設計雙葉輪主要是因為其等同于兩個單獨吸葉輪背對背運行，能夠進一步擴大入口面積，使其增加一倍以上，而在相同流量條件下，入口速度可能會減少一倍，相關試驗證明，選擇雙吸葉輪所需汽蝕余量僅僅是單吸葉輪汽蝕余量的0.59倍。針對葉輪片的頭部位置進行合理修整，從而進一步控制介質流速，針對葉輪入口葉片背面進行修薄處理，同時還可以將前蓋板區域葉片進行修薄。如此操作能夠有效提升葉輪應用壽命，減少離心泵運行中的所需汽蝕余量[2]。

(二)提升入口壓力。提升葉輪入口區域的承受壓力，使其超出液體對應飽和溫度。針對離心泵進行實際安裝工作中，應該采取有效措施盡量縮減管道長度，同時將其中各種無用局部阻件全面去除。離心泵進水池應該維持平緩的水流速度，避免出現過大漩渦。有效控制泵整體安裝高度，從最大程度上優化離心泵的吸入性能，不斷提高整體注流高度，促進離心泵自身吸入性能得到有效提升。于主泵前合理設置低速前置泵，從而在泵進口附近進一步擴大液體壓力。除此之外，還可以在離心泵中的首級葉輪前面合理設置相應的前置葉輪或誘導輪，從而促進液體壓力的進一步擴大，有效改善離心泵自身汽蝕性能。針對離心泵進行設計工作過程中，可以于進口部位合理設置誘導輪，能夠有效提升離心泵抗汽蝕性能。介質經過誘導輪時，會由誘導輪率先針對介質增壓，隨后進一步控制離心泵汽蝕問題。

(三)改善葉輪制作材料。為了預防離心泵出現汽蝕現象，可以針對離心泵葉輪選擇具備良好抗汽蝕性能的原材料進行制作，而當下應用較為普遍的便是含鉻的不銹鋼材料，該種材料的化學性能較為穩定、整體硬度相對較高，韌性條件好，具有足夠的強度，所以具備良好的抗汽蝕性能。總而言之，離心泵中的汽蝕問題屬于火力發電廠中威脅相關設備穩定運行的主要問題之一，應該采取有效措施盡量減少該種類型問題的發生。為了避免離心泵出現汽蝕現象，選型設計中，可以提前選擇性能較好的材料設備，幫助離心泵進一步延長其運行周期，可以選擇具有良好韌性、較高強度以及綜合性能良好的抗機械剝蝕材料，促進離心泵運行周期得到有效延長。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。通過進一步提升過流部件以及葉輪加工精度，能夠提高過流部件的表層光滑度，進一步減少水力損失，提升葉輪整體抗汽蝕性能，有效預防汽蝕問題出現[3]。

結語

綜上所述，汽蝕現象是離心泵正常應用中不可避免的問題，通過針對離心泵進行科學設計，能夠從某種程度上幫助進一步延緩汽蝕現象發生。在具體實踐操作過程中，需要針對泵實施日常維護和保養工作，針對其中的故障部件進行及時更換，提升保養維護人員綜合素質。總而言之，需要從多種層面入手，進一步降低汽蝕現象的損傷，促進離心泵實現穩定運行。