水環真空泵加裝大氣噴射器的改造

    某電廠安裝2臺600MW超臨界燃煤發電機組。每臺機組配有4臺型號為改進型2BW4353-0EK4，型式為雙殼體、單流程、雙背壓水環真空泵。電廠自投產后運行不久就發現真空泵在極限真空下運行噪音超標，并導致3A真空泵葉輪損壞，對電廠正常的安全生產造成了一定的影響。在對其他廠的調研后決定對電廠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，延長水環真空泵的使用壽命，確保電廠正常的安全生產的需要。根據電廠運行的實際情況需要，決定對2臺機組的A真空泵進行加裝大氣噴射器技術改造。

1、水環真空泵的結構及工作原理

    水環真空泵本體由轉子、泵殼體、軸承體、泵兩側端蓋、閥板組成，泵組還包括氣水分離器、工作水冷卻器。
    (1)由于葉輪偏心地安裝在殼體上，隨著葉輪的旋轉，工作液體在殼體內形成運動著的水環，水環內表面也與葉輪偏心，由于在殼體的適當位置開設有吸氣口和排氣口，水環泵就完成了吸氣、壓縮和排氣的3個相互連續的過程，從而實現抽送氣體的目的。在水環泵的工作過程中，工作介質傳遞能量的過程為：在吸氣區內，工作介質在葉輪推動下增加運動速度(獲得動能)，并從葉輪中心擠壓，同時從吸氣口吸入氣體；在壓縮區內，工作介質速度下降，壓力上升，同時向葉輪中心擠壓，氣體被壓縮。在水環泵的整個工作過程中，工作介質接受來自葉輪的機械能，并將其轉換為自身的動能，然后液體動能再轉換為液體的壓力能，并對氣體進行壓縮作功，從而將液體能量轉換為氣體的能量。
    (2)如圖1所示，在泵體中裝有適量的水作為工作液。當葉輪按圖中指示的方向順時針旋轉時，水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環。水環的上部分內表面恰好與葉輪輪轂相切，水環的下部內表面剛好與葉片頂端接觸(實際上葉片在水環內有一定的插入深度)。此時葉輪輪轂與水環之間形成一個月牙形空間，而這一空間又被　葉輪分成葉片數目相等的若干個小腔。如果以葉輪的上部0°為起點，那么葉輪在旋轉前180°時小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入，當吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕；當葉輪繼續旋轉時，小腔由大變小，使氣體被壓縮：當小腔與排氣口相通時，氣體便被排出泵外。水環泵是靠泵腔容積的變化來實現吸氣、壓縮和排氣的，因此它屬于變容式真空泵。


2、真空泵葉輪損壞情況及解決方法
    2007年10月底對因汽蝕損壞的#3機A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、泵體損壞、分配板有刮痕，所有這些都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。但當機組的嚴密性很好時，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。
    電廠的真空泵是單級泵，壓縮比大，這類真空泵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。通過對我廠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。凝汽器氣密性較好，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。海水冷卻水溫度偏高，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，現在不管是單級泵還是雙級泵很多都采用不銹鋼來抵抗汽蝕。但經過實踐表明，純粹采用抗汽蝕的方法，汽蝕對真空泵的損害還是會或多或少地產生，不但噪聲容易超標，時間一長，真空泵也會承受不了汽蝕而受到破壞。
    目前最佳的辦法就是給真空泵加裝大氣噴射器，這樣可以改善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，采用水環一噴射器的真空泵機組可以有效避免汽蝕的產生。因為當凝汽器的真空在3~5kpa時，水環一噴射器真空泵機組的第一級(噴射器)的吸入壓力也在3~5kpa左右，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，水環一噴射泵比單一采用真空泵可以達到更高的真空。

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