火力发电厂离心泵的汽蚀现象及对策研究

胡志明

神华神东电力有限责任公司郭家湾电厂 陕西 榆林 719000

引言

在火力发电厂中泵属于十分关键的辅助机械设备，能够顺利运输液体，提升整体能量，最终实现热力循环，提高火力发电厂的经济合理性以及安全可靠性。泵的安全稳定运行同时还和火力发电厂的安全稳定运行密切相关，为此需要进一步提高泵运行的安全性。

一、火力发电厂离心泵汽蚀现象分析

在火力发电厂中，水泵应用较为频繁，大部分条件下主要是应用离心泵。而在实际运行中，离心水泵不可避免会出现各种运行故障，而汽蚀现象的发生会对离心泵运行状态产生直接威胁，影响整体工作质量，严重的情况下还会直接破坏原材料。某些轻微的汽蚀现象会进一步削弱叶片材料和叶轮材料的表面强度，经过长时间的日积月累，汽蚀现象所形成的作用影响会进一步扩大，从而对整个流道造成严重的破坏和损伤，严重的情况下，还会使离心泵彻底无法工作，失去应有效用，离心泵的振动和噪音问题也会进一步加重。汽蚀现象形成过程中，因为液体呈现出周期性反复冲击的现象，导致离心泵于实际运行中噪声和振动现象不断加剧。如果汽蚀冲击的活动频率和运行机组的固定频率处于相同条件下，便会导致机组产生强烈振动问题，影响机组整体操作性能。汽蚀现象出现后，液体在汽化过程中所形成的气泡会进一步减小液流过流断面的整体面积，导致流速进一步扩大，使轴向涡流不断扩大，增加整体的流动损失，降低泵流量，削弱扬程，影响整体效率，使泵的操作性能进一步恶化。在汽蚀现象较为严重，影响程度较大的条件下，离心泵在实践操作中会形成大量气泡，对整个流道造成堵塞，阻断整个过流断面，彻底中断泵流量，导致系统内的离心泵在实际运行中出现解体现象，造成更大的事故问题。而形成汽蚀现象的主要原因则是我们需要进行深入探究的重点问题之一，为此需要采取有效措施，合理防控汽蚀现象发生。

二、火力发电厂离心泵汽蚀现象出现原因

汽蚀现象出现原因和液体汽化具有密切联系。而液体的汽化主要包括两种条件：第一是在液体中作用压力不变条件下进一步提升液体温度，第二是在传输液体温度不变条件下，进一步减少液体中的作用压力，在上述两种因素中应该必备其中一种。在离心泵中的液体流动时，假如水泵入口区域压力进一步减少到传输液体对应温度以下饱和压力条件下，便会发现液体出现沸腾现象，形成大量气泡，而该种现象所形成的气泡通常会在低压区域周围集聚，最终形成空穴现象。而离心泵传输通道中的液体在流动过程中，所形成的空穴气泡会随液体流动传送到离心泵出口区域，同时也是高压区域，空穴气泡在该区域内会产生气泡快速破裂、蒸汽突然收缩和突然凝聚等现象，周围的高压液体质点会通过相对较快的速度直接冲向空穴，形成猛烈的撞击。而在撞击质点后，局部区域内甚至会形成高达几千几百兆帕的作用压力，假如将汽化以及凝聚整个过程持续发展下去，该种高压和高速撞击便会通过较高频率发展下去。而气泡破裂后会在叶片表面附着，液体质点通过撞击后所形成的压力就如同叶片表面被射中的子弹头，该种现象长时间发展下去，泵轮叶片材料的表层便会出现呈蜂窝状的点蚀现象，也可以将其称作是机械剥蚀现象。此外，质点碰撞还会导致局部区域温度进一步提升，导致金属材料自身氧化腐蚀现象进一步恶化。于泵内反复产生液体凝聚以及汽化现象，最终衍生出叶片和轮泵表层的氧化腐蚀以及机械腐蚀现象，而其所形成的破坏现象便属于汽蚀[1]。

三、火力发电厂离心泵汽蚀现象解决对策分析

(一)优化叶轮形状。在火力发电厂中，想要进一步消除和有效预防离心泵中的汽蚀现象，则需要针对叶轮入口区域的几何形状进行全面优化改善。泵首级叶轮主要是以双吸叶轮为主，能够有效减少叶轮入口流速，或促进首级叶轮相关进口直径的进一步扩大，增加叶片入口宽度，降低汽蚀余量，促进泵整体抗汽蚀性能的全面提升。适当扩大叶轮前盖板区域的转弯半径，缩减流体脱流，不断降低叶片在入口区域的阻力损失。在初步确定离心泵具体转速以及流量后，泵的汽蚀余量和叶轮几何外形存在密切联系，为此需要改变叶轮进口外形，而设计双叶轮主要是因为其等同于两个单独吸叶轮背对背运行，能够进一步扩大入口面积，使其增加一倍以上，而在相同流量条件下，入口速度可能会减少一倍，相关试验证明，选择双吸叶轮所需汽蚀余量仅仅是单吸叶轮汽蚀余量的0.59倍。针对叶轮片的头部位置进行合理修整，从而进一步控制介质流速，针对叶轮入口叶片背面进行修薄处理，同时还可以将前盖板区域叶片进行修薄。如此操作能够有效提升叶轮应用寿命，减少离心泵运行中的所需汽蚀余量[2]。

(二)提升入口压力。提升叶轮入口区域的承受压力，使其超出液体对应饱和温度。针对离心泵进行实际安装工作中，应该采取有效措施尽量缩减管道长度，同时将其中各种无用局部阻件全面去除。离心泵进水池应该维持平缓的水流速度，避免出现过大漩涡。有效控制泵整体安装高度，从最大程度上优化离心泵的吸入性能，不断提高整体注流高度，促进离心泵自身吸入性能得到有效提升。于主泵前合理设置低速前置泵，从而在泵进口附近进一步扩大液体压力。除此之外，还可以在离心泵中的首级叶轮前面合理设置相应的前置叶轮或诱导轮，从而促进液体压力的进一步扩大，有效改善离心泵自身汽蚀性能。针对离心泵进行设计工作过程中，可以于进口部位合理设置诱导轮，能够有效提升离心泵抗汽蚀性能。介质经过诱导轮时，会由诱导轮率先针对介质增压，随后进一步控制离心泵汽蚀问题。

(三)改善叶轮制作材料。为了预防离心泵出现汽蚀现象，可以针对离心泵叶轮选择具备良好抗汽蚀性能的原材料进行制作，而当下应用较为普遍的便是含铬的不锈钢材料，该种材料的化学性能较为稳定、整体硬度相对较高，韧性条件好，具有足够的强度，所以具备良好的抗汽蚀性能。总而言之，离心泵中的汽蚀问题属于火力发电厂中威胁相关设备稳定运行的主要问题之一，应该采取有效措施尽量减少该种类型问题的发生。为了避免离心泵出现汽蚀现象，选型设计中，可以提前选择性能较好的材料设备，帮助离心泵进一步延长其运行周期，可以选择具有良好韧性、较高强度以及综合性能良好的抗机械剥蚀材料，促进离心泵运行周期得到有效延长。而不同材料制成的离心泵，在抗汽蚀性能方面具有较大差异。其中不锈钢材料制成的叶轮和铸钢材料所形成的叶轮相比具有更好的抗汽蚀性，而超低碳铬镍合金钢制作的叶轮和低碳铬镍合金钢制作的叶轮相比具有更好的抗汽蚀性。通过进一步提升过流部件以及叶轮加工精度，能够提高过流部件的表层光滑度，进一步减少水力损失，提升叶轮整体抗汽蚀性能，有效预防汽蚀问题出现[3]。

结语

综上所述，汽蚀现象是离心泵正常应用中不可避免的问题，通过针对离心泵进行科学设计，能够从某种程度上帮助进一步延缓汽蚀现象发生。在具体实践操作过程中，需要针对泵实施日常维护和保养工作，针对其中的故障部件进行及时更换，提升保养维护人员综合素质。总而言之，需要从多种层面入手，进一步降低汽蚀现象的损伤，促进离心泵实现稳定运行。