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1、热能与动力工程毕业论文热能与动力工程毕业论文 题 目：500MW机组给水泵选型、布 置及不同驱动形式的经济性比较 院 ：热能工程学院 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 目 录 摘 要 ABSTRACT 1 前 言 1 2 给水系统的确定2 2.1 单母管制系统2 2.2 切换母管制给水系统2 2.3 单元制给水系统3 3 给水泵型号的选择5 3.1 给水泵的扬程5 3.2 给水泵的配置6 3.3 给水泵流量的确定11 4 CHTA型高压锅炉给水泵13 4.1 CHTA型高压锅炉给水泵的介绍13 4.2 50CHTA/6型高压锅炉给水泵的性能曲线15 4.3 CHT

2、A型泵的监视和保护16 4.4 CHTA型泵的外形和安装尺寸18 5 给水泵入口静压力的计算21 5.1 除氧器的运行方式21 5.2 滑压除氧器在机组负荷改变时的运行状况22 5.3 给水泵入口静压力的确定24 5.4 防止给水泵汽蚀的方法27 I 6 给水泵的拖动30 6.1 电动给水泵和汽动给水泵的选择原则30 6.2 给水泵驱动方式的确定30 6.3 小汽轮机的选择36 6.4 小汽轮机的备用汽源38 7 结论40 谢辞41 参考文献42 II 摘 要 本文主要是为了确定500MW机组的给水泵型号、配置及驱动方式。目前在国内的10台500MW机组全部为进口机组，因此通过本设计可对500

3、MW机组的国产化提供一定的参考。该机组的给水系统为单元制给水系统，给水泵采用了沈阳水泵厂引进西德KSB公司生产的CHTA型高压锅炉给水泵。通过对比国内600MW、660MW机组的给水泵配置方案，确定采用2台50%容量主给水泵作为长期运行使用，一台50%容量泵作为备用给水泵，在主给水泵出现故障时使用。运用定流量法比较了电动给水泵和汽动给水泵的热经济性，在保证主给水泵出现故障而不致影响机组负荷太多时，2台主给水泵小汽轮机驱动汽，备用泵为电机驱动。并简要分析了除氧器滑压运行时，汽轮机组负荷骤变对除氧效果、给水泵汽蚀的影响，提出了一些防止给水泵汽蚀的方法。 关键词：500MW机组；给水泵；配置；驱动方

4、式；汽蚀 III 500MW unit feed-water pump selection, arrange And economic comparison Of different driving form Abstract This paper is to determine the feed-water-pumps model of 500 MW unit , configuration and the drive way.There are only 10 sets of 500MW units currently in the country and they are all imp

5、orted units. Therefore,this design can provide a reference for the localization of 500MW units.The feed-water-pump adopts the CHTA type high pressure boiler feed water pump which is imported from Germany KSB company by Shenyang water pump factory. By comparing the feed water pump configuration schem

6、e of domestic 600 MW, 660 MW , this design adopts two main feed pumps of 50% capacity as long-term operational use, a pump of 50% capacity as backup when the main feed water pump break down. The electric feed water pump and steam feed water pumps hot economy were compared by the applying of constant

7、 flow method.Ensuring the unit load at the failure of main feed water pumps, the two main feed water pumps should be driven by small turbine, the backup pump adopted motor driven. The paper also has a brief analysis about the effct of deoxidization,and the influence of the feed water pump cavitation

8、 when deaerator sliding pressure operating ,also puts forward some preventing methods of the feed water pump cavitation. Key Words: 500MW unit；feed-water-pump；configuration；drive mode；cavitation IV V I 1前 言 能源是人类生存和发展的重要物质基础，攸关国计民生和国家安全。推动能源生产和利用方式变革，调整优化能源结构，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系，对于保障我国经济社会可持续发展具有

9、重要战略意义。近年来，能源紧张成为困扰全球的难题。尤其是近几年来，我国火电厂的生产成本大幅增加。而另一方面，上网电价、热价增长有限，使火电厂利润下滑，甚至亏损。并且国家的宏观政策也发生了变化，提出了能源发展“十二五”规划、科学发展观、资源节约型、环境友好型经济、循环经济、绿色经济，把节约能源放在更加突出的战略地位，提倡减排降耗等。在这种背景下，作为国家发电的主力，火电厂应充分发挥自身能动性，在内部进行技术革新，进一步节能降耗，提高效益。其中，运用小汽轮机带动锅炉给水泵，其工作原理简单易行，可以节约电能，也更增强了锅炉运行的安全系数，是火电厂实施技术革新的一条有效途径。本文即对火电厂小汽轮机带动

10、锅炉给水泵的热经济性作了简要的分析，并为500MW机组选择了合适的锅炉给水泵，为500MW机组的国产化提供了一点参考。 - 1 - 2给水系统的确定 给水系统是发电厂热力系统的重要组成部分，给水系统的工质流量大，压力高，对发电厂的安全、经济、灵活运行至关重要，例如在任何工况下都要保证不间断地向过路供水。给水系统主要有以下几种类型1。 2.1单母管制系统 图2.1所示为单母管制给水系统，其特点是全部给水泵的供水汇集到一根母管上，即锅炉给水母管，再从该母管引至各台锅炉。其它两根母管分别是吸水母管、压力母管。吸水母管和压力母管均为单母管分段，锅炉给水母管为切换母管。其优点是安全可靠性高；缺点是阀门较

11、多、系统复杂、耗钢材、投资大。适用于中、低压机组的小容量发电厂，或给水泵容量与锅炉容量不配合时，如高压供热式机组的发电厂应采用单母管制给水系统。该系统的备用给水泵多布置在吸水母管与压力母管的两串级分段阀之间。 图2.1 单母管制给水系统 1锅炉；2高压加热器；3除氧器；4给水泵 - 2 - 2.2切换母管制系统 图2.2所示为切换母管制给水系统，吸水母管是单母管分段，压力母管和锅炉给水母管均为切换制。其特点是有足够可靠性和运行灵活性。已建的电厂中，给水泵容量与锅炉容量匹配时采用，设规未再提这种系统，由于投资大、阀门多、钢材耗量也大，今后不再采用。 图2.2切换母管制给水系统 1锅炉；2高压加热

12、器；3除氧器；4给水泵 2.3单元制给水系统 图2.3所示为单元制给水系统，其优点是没有母管，也没有切换阀门，系统最简单，系统本身的可靠性好。又由于没有母管，管线短，阀门数量少，不仅管道和阀门的投资费用小，而且相应的保温、支吊架的费用也减少。管线短，压损小，热损失少，检修工作量减少，因而运行费用也相应减少。另外，单元制系统也便于布置，并有助于采用煤- 3 - 仓间和除氧间合并的主厂房布置形式，使主厂房的土建等费用减少。缺点是单元制系统的灵活性较差。 为了提高机组的效率，大容量机组都是再热式机组，其工作参数高的大直径管道均为耐热合金钢管，价格昂贵，有的还要耗用大量 *来进口，而单元制给水系统的管

13、线短、阀门少，投资省的优点显得很重要。所以本机组的给水系统采用单元制给水系统。 图2.3单元制给水系统 1锅炉；2高压加热器；3除氧器；4给水泵 - 4 - 3给水泵型号的选择 3.1给水泵扬程的确定 本机组是超临界机组，锅炉为直流炉。其总扬程可按图3.1所示的给水泵连接系统简图来确定。 给水泵的扬程，应为下列各项之和2： 锅炉额定蒸发量时的给水流量，从除氧给水箱出口到省煤器进口给水流动的总阻力另加20%的裕量。 省煤器进口与除氧器正常水位间的水柱静压差。 锅炉额定蒸发量时，省煤器入口的进水压力。 除氧器额定工作压力。 给水泵的总扬程Hfw按下式计算： Hfw=(pec+Dp-pd)102+(

14、Dpfw+Dpin)1.2+Hy-Hstm 式中pec省煤器入口进水压力，Mpa; p压力裕量，Mpa; Pd除氧器工作压力，Mpa; pfw给水管路的阻力，包括自给水泵出口至锅炉省煤器进口间的所有加 热器、阀门、调节器、管路及附件的阻力，m; pin进水管路的阻力，包括自给水箱出口至给水泵进口的所有管路、阀门 及附件的阻力，m; Hy水泵中心至锅炉省煤器进口的几何高度差，m; Hst由除氧器最低水位至水泵中心的几何高度差，m。 鉴于诸多数据的不易查取以及本设计的重点，可这样考虑给水泵扬程的计算。即给水泵所提供的压力应能满足锅炉的工作压力和相应的管路阻力，此外为了供水的安全可靠，还应有一定的备

15、用压力。因此一般在设计中可按如下经验公式确定给水泵的扬程3： - 5 - Hfw=p+(0.10.2) Mpa 式中p为锅炉工作压力。由设计原始参数知，该机组所用汽轮机为俄罗斯列宁格勒金属工厂所制造，型号为K-500-23.5-4。该汽轮机为单轴、超临界、一次中间再热、四缸、四排汽、凝汽式汽轮机，具有容量大、效率高、运行稳定的优点。由以上可知锅炉工作压力p=23.5Mpa. 选取裕量为0.1Mpa,因此Hfw=23.5+0.1=23.6 Mpa,换算成水柱高度即为Hfw=23.6102=2407.2 m。至此给水泵的总扬程已经确定。 图3.1给水泵连接系统简图 3.2给水泵的配置 给水泵的台数

16、和容量选择，取决于机组容量、设备质量、机组在电网中的作用、设备投资等多种因素4。在本机组给水系统已确定为单元制给水系统的前提下，其容量及台数的选择，基本上有两种类型：每一单元配置两台主给水泵，其中有一台是备用给水泵，也就是2100%MCR容量的给水泵，也统称为全容量泵给水系统；另一种类型是- 6 - 每一单元配置三台主给水泵，其中有一台是备用给水泵，也就是350%MCR容量的给水泵，也统称为半容量泵给水系统。对于一台300600MW汽轮机组配套的给水泵组，通常有四种方案5。如下表所示。 表3.1 大容量汽轮机组给水泵配置方案 方案号 1 2 3 4 经常运行 1100%汽动泵 1100%汽动泵

17、 250%汽动 250%汽动泵或电动泵 备用 150%电动泵 1100%电动泵 150%电动泵 1电动泵 鉴于我国主要以300MW、600MW和1000MW机组为主，500MW机组不多，约10台，全部为进口机组，有：盘山电厂2500MW机组蓟县电厂2500MW机组伊敏发电厂2500MW机组神头第二发电厂4500MW机组。所以在决定本设计中的500MW机组给水泵配置方案时参考了国内的相近机组类型。除内蒙古元宝山电厂的600MW法国机组、山东肥城石横电厂300MW美国机组为全容量汽动泵之外，国内电厂引进的比利时、日本、英国、俄罗斯等国的300600MW机组和国产300600MW机组配置均为半容量泵

18、。 半容量给水泵系统的优点是当有一台主给水泵出现故障而跳闸时，机组仍可带50%的负荷继续运行，备用给水泵连锁启动后的总给水量能带锅炉额定负荷80%以上，保证机组能断油和稳定燃烧，尤其是第三种方案，在一台给水泵出现故障后，备用的电动泵连锁启动后能保证锅炉在额定状况下运行，机组的出力与正常工况时基本没有差别。全容量给水泵系统在机组40%100%负荷时，泵与主机的负荷相匹配，调节较方便；若低于40%负荷，则切换至备用汽源，也能保证机组正常运行。虽然全容量给水泵比半容量给水泵运行效率要高一点，但同样对给水泵的运行可靠性要求也极高。前两种方案在出现故障后，一般要引起锅炉主燃料跳闸的设计制造方面还主要是引

19、进国外的技术，例如：杭州汽轮机厂、东方汽轮机厂分别引进德国SIEMENS和美国WESTINGHOUSE的给水泵汽轮机制造技术，沈阳水泵厂引进德国KSB公司技术生产的CHAT型给水泵，上海电力修造总厂引进英国WEIR公司技术的韦尔泵，北京电力设备总厂生产的QG560-240型和DG560-240型泵。 表3.2 2种汽动给水泵方案的投资对比 比较项目 主厂房造价 设备基础 起吊设备 给水泵 配套汽轮机 高压管道及其他 合计 100%方案 基准 基准 基准 基准 基准 基准 基准 50%方案 0.0 0.0 0.0 -100.0 +100.0 -24.5 -24.5 - 8 - 表3.3 2种汽动

20、给水泵方案的运行维护费用对比 比较项目 100%方案 50%方案 -111.0 机组运行增加发电量/(万基准 KWh) 机组年节省收益/万元 年维修费用/万元 总计/万元 基准 基准 基准 -24.0 -15.6 -39.6 本设计中，500MW机组在电力系统中主要承担基本负荷，如果负荷变化过大的话会对电网影响，而给水泵的可靠性对机组运行影响极大，综上各种因素及参考国内其它机组的给水泵配置方案，为保证机组运行可靠，本设计主给水泵采用250%容量给水泵。另外，为了便于检修及维护，备用泵也选用一台50%容量泵。至此，给水泵配置方案也已确定，即采用2台50%主给水泵作为长期运行使用，一台50%容量泵

21、作为备用给水泵，在主给水泵出现故障时使用。 - 9 - 表3.4 国内相近机组配置方案实例 电厂 机组容量/MW 给水泵的配置 汽动泵 电动泵 华能福州电厂三期超超2660 临界机组 汕尾电厂3、4号机超超2660 临界机组 韶关电厂3、4号机超超2660 临界机组 内蒙古布连电厂超超临2660 界机组 江西九江电厂超超临界2660 机组 江苏吕泗港14号机超超4660 临界机组 望亭电厂1、2号机超超2660 临界机组 250% 250% 30%备用 250% 1100% BMCR 1100% BMCR 250% BMCR 250% BMCR 30%备用 30%备用 - 10 - 大唐信阳电

22、厂1、2号机 超超临界机组 许昌禹龙1、2号机 超超临界机组 2660 250% BMCR 2660 250% BMCR 1100% BMCR 内蒙古元宝山电厂2号机 1600 国电石横发电厂一期工2300 程 华能石洞口二厂超临界4600 机组 3.3给水泵流量的确定 1100% BMCR 250% BMCR 50%备用 在设计原始参数中给出了两台1000t/h的锅炉，而单台1000t/h的锅炉对应的发电功率大约为300MW，其具体数值可由下式得出;Pe1=10000.744.0%=308MW,式中的e=44.0%是从表中取得，而1t/h大约相当于0.7MW。因本设计机组为500MW机组，很

23、明显若两台机组全部在额定负荷下运行将不满足设计要求，因此可令一台机组满负荷运行，而另一台机组部分负荷运行。由以上计算知另一台机组发电功率为Pe2=500-308=192MW,而此时因该台锅炉部分负荷运行，其绝对电效率不能直接从表中查得，可略小于相应的额定绝对电效率，取为e=42.0%,所以可反推出所需要的新蒸汽量，即D0=19242.0%,0.7=653.1 t/h,又653.1/1000=65.31%，即该台机组应在65.31%负荷状态下运行。 表3.5 100MW及以上凝汽式汽轮发电机组的绝对电效率指标 机组容量，均应保证供给其所连接的全部锅炉在最大连续蒸发量时所需要的给水量并留有一定的裕

24、量，即： 汽包炉：锅炉最大连续蒸发量的110%。 直流炉：锅炉最大连续蒸发量的105%。 对中间再热机组，给水泵入口的总流量9，还应加上供再热蒸汽调温用的从泵的中间级抽搐的流量，以及漏出和注入给水泵轴封的流量差。前置给水泵的出口的总流量，应为给水泵入口的总流量与从前置泵和给水泵直接的抽出流量之和。 所以，给水泵的给水总流量应确定为Qm=1000t/h105%=1050t/h， 换算成体积流量大约为Qv=Qm/=1050t/h1t/m3=1050m3/h。因为给水泵的配置方案是2台50%的容量泵，故单台泵的体积流量大约为Qv0=1050/2=525m3/h。 至此，单台泵的流量也已确定，故由上述

25、已知的流量和扬程就可以确定泵的型号。 Qv0=525m3/h，Hfw=2407.2 m。由泵类产品样本可知，此设计用泵应为CHTA型高压锅炉给水泵。由Qv0=525m3/h，Hfw=2407.2 m可知选择的泵的具体型号是50CHTA/6，转速n=6052r/min。 - 12 - 4 CHTA型高压锅炉给水泵 4.1 CHTA型高压锅炉给水泵的介绍 CHTA型泵10是沈阳水泵厂于XX年引进西德KSB公司锅炉给水泵组整个系列制造技术。包括设计图纸、加工制造、检测技术及装备和一整套质量控制技术。CHTA型泵供国产20万、30万、120万KW火电机组配套用。泵的介质温度为160210。CHTA型高

26、压锅炉给水泵的外形如图4.1所示。- 13 - 图4.1 CHTA型高压锅炉给水泵外形图 CHTA型泵是卧式双壳体多级离心泵。泵的进出口均垂直向上，泵的进口也可根据需要改变方向。泵主要由泵筒体。泵盖、吸入段、中段、导叶、叶轮密封环、导叶衬套、轴、叶轮、平衡盘等零件组成。轴向力主要由平衡装置来承受，剩余轴向力由推力轴承来承受。轴两端由滑动轴承支撑。径向轴承为回油楔强制润滑。推力轴承为双向注油强制循环式润滑，并设有温度保护和监视仪表。 轴封：采用机械密封。产生的摩擦热由强制循环水带走，循环水通过专设的冷却器、过滤器进行冷却和过滤。保证循环水的温度和水质洁净。 - 14 - 图4.2 CHTA型高压

27、锅炉给水泵的结构图 - 15 - CHTA型高压锅炉给水泵的传动：泵有四种驱动方式：给水泵耦合器电机前置泵电机；给水泵耦合器电机前置泵；给水泵增速箱电机前置泵；给水泵小汽轮机；前置泵电机。 从原动机方向看泵，泵为顺时针方向旋转。 表4.1 CHTA型高压锅炉给水泵的材料 零件名称 筒体 泵盖 中段 吸入段 导叶 材料 锻件表面堆焊不锈钢 锻件表面堆焊不锈钢 铬钢 铬钢 铬钢 零件名称 叶轮密封环 导叶衬套 轴 叶轮 平衡盘 材料 特殊钢 特殊钢 特殊钢 特殊钢 特殊钢 4.2 50CHTA/6型高压锅炉给水泵的性能曲线 50CHTA/6型高压锅炉给水泵的性能曲线如图4.2所示。 - 16 -

28、图4.3 50CHTA/6型泵的性能曲线图 - 17 - 4.3泵的监视和保护 为防止重大事故的损坏，泵机组配备有随机指示仪表，对机组进行不间断地细致的监视。 泵的最低限监测项目： 借助限位开关，监测最小流量阀的开闭位置。 借助于电阻温度计，监测全部的轴承温度。 借助于电阻温度计，监测筒体温度。 通过轴位置监测器，监测轴的轴向位置。 通过带有反转触点的转数计数器，监视泵的逆转。反转触点与出口阀的伺服电机和辅助润滑油泵联锁。 通过电阻温度计，监视机械密封冷却回路的温度。 通过带触点的差压计，显示出冷却器和过滤器出口的油压并在超压时报警保护。 通过差压指示器，监视经过滤器的压力降。 图4.4 机组

29、的监视和保护系统图 - 18 - 图4.5 机械密封冷却系统图 4.4 CHTA型泵的外形和安装尺寸 表4.2 泵外形和安装尺寸 l1 l2 l3 l4 l5 l6 b1 b2 b3 660 2586 279 1200 1300 1000 1300 a1 a2 h1 h2 h3 D1 D2 D3 n-d 310 691 780 775 700 250 200 50 4-45 - 19 - 图4.6 CHTA型泵外形和安装尺寸图 - 20 - 至此，给水泵的型号也已确定。在每台锅炉给水泵出口应装设截止阀，在截止阀和水泵之间设止回阀，以防止水倒流，避免给水泵停泵时因受到过大压力而损坏。给水泵入口应

30、装设切断阀，一般采用闸阀，以减少水流阻力。汽动泵出口可不设止回阀。锅炉的每个进水口都应装设截止阀和止回阀，两阀应紧密相连接，截止阀紧靠着锅炉，此处截止阀一般只作启闭用。 - 21 - 5给水泵入口静压力的计算 5.1除氧器的运行方式 给水泵入口所承受的静压力与除氧器及其给水泵的连接方式有关。除氧器是以回热抽汽来加热除去锅炉给水中溶解气体的混合式加热器，它既是回热系统的一级，又用以汇集主凝结水、补充水、疏水、生产返回水、锅炉连排扩容蒸汽、汽轮机门杆漏汽等各项汽水流量成为锅炉给水，并要保证给水品质和给水泵的安全运行，是影响热力发电厂安全经济运行的一个重要的热力辅助设备。 除氧器有滑压和定压两种运行

31、方式。 定压除氧器必须在进汽管上装设压力调节阀，以维持除氧器内的工作压力为某个定值，这样就带来了压力调节的节流损失。而且在相当高的负荷时就必须切换到压力更高的某级回热抽汽压力上。除氧器的滑压运行, 是指除氧器的运行压力不是恒定的, 而是随着机组负荷与抽汽压力的变化而改变。除氧器采取滑压运行, 对提高热力系统的经济性、降低热耗、简化系统、节省投资等方面都具有一定的好处,定压低负荷运行时，不仅要切换汽源，而且高压加热器组的疏水需切换到低压加热器，如200MW机组，在140160MW负荷时就需切换疏水方式。故定压除氧器的系统比滑压的复杂，运行操作也复杂，且热经济性较滑压运行的差。滑压运行可以避免供除

32、氧器用汽的抽汽节流损失。 对于定压运行的除氧器来说,机组在额定负荷运行时, 均应使除氧器内保持恒定的压力。供除氧器的抽汽压力一般需高出除氧器工作压力0.20.3MPa,因而抽汽具有一定的节流损失,使热经济性降低。滑压运行除氧器由于不用维持除氧器压力恒定,故除氧器加热蒸汽管路不上设压力调节阀。除氧器的压力除存在抽汽管路上的压降损失外,在任何工况下其值都接近于抽汽压力,因此避免了运行中的节流损失。使系统简单,并改善了回热系统的热经济性。可以使汽轮机抽汽点得到合理分配,提高机组的热经济性。在设计汽轮机时,汽轮机回热抽汽,在考虑汽轮机结构合理的同时,应尽量使抽汽点布置合理。除氧器采用定压运行时,往往不

33、能很好地把除氧器作为一级加热器使用, 表现出为凝结水在除氧器内的温升比在其它加热器中的温升低得多, 当除氧器采用滑压运行时,上述缺点就可以避免。此时除氧器中压力与其它加热器一样是随着负荷变化而变化的,除氧器起着加热和除氧两个作用。在热力循环中作为一级回热加热器使用。所以定压除氧器难以适应调峰，现在的电网情况是大机组也要承担调峰。 - 22 - 我国近年生产的200、300、600MW机组，均可适用调峰，除氧器可滑压运行。我国600MW亚临界压力机组设计计算表明，与定压运行相比，除氧器滑压运行，在额定负荷时，可提高机组热效率0.12%；在70%及以下负荷时，可提高机组热效率0.3%0.5%。因此

34、近十多年来, 高参数大容量机组在采用滑压运行时, 相应采用了除氧器滑压运行作为提高大组机热经济性的项措施。 表5.1 三种机组的回热分配 机组容量 三高27.81 三高32.11 四高33 平均温升 四低36.55 四低22.26 三低31.25 除氧器温升 定压除氧14.38 定压除氧16.11 滑压除氧30.4 因此，确定本设计中除氧器为滑压运行。 5.2 滑压除氧器在机组负荷改变时的运行状况 滑压除氧器在汽轮机额定工况下运行于定压除氧器基本相同，除氧器出口水温与除氧器工作压力下的饱和水温度是一致的。但是，汽轮机组负荷在骤变的情况下，对除氧效果及给水泵的安全运行却有着截然不同的重大影响。

35、图5.1为滑压除氧器及其给水泵连接情况，其中Pd为除氧器额定工作时的压力，Mpa;Hd为给水泵入口所承受静压头，m;p为下降管的阻力损失即压降，Mpa。 - 23 - 图5.1 滑压除氧器及其给水泵连接方式 滑压除氧器在汽轮机组电负荷骤变时，对除氧效果、给水泵的汽蚀都有一定的影响，具体见表5.211。 表5.2 汽轮机组负荷骤变对除氧效果、给水泵汽蚀的影响 电负荷变化 电负荷骤降 对除氧效果的影响 对给水泵汽蚀的影响 除氧器压力随电负荷骤除氧器压力随电负荷骤然下降，pdpd,水温滞后然下降，pdpd,水温滞后变化，tdtd,水箱内水闪变化tdtd,，水泵入口水蒸，改善除氧效果； 温，tvpd,

36、pd对应升而提高，pdpd，pd对饱和水温tdtd,已离析氧应饱和水温tdtd,水泵入气重返水中，恶化除氧效口汽温，tvtd,给水泵入果； 口不会汽蚀； 5.3 给水泵入口静压力的确定 除氧器滑压运行时，最严重的骤降电负荷莫过于汽轮机出现严重的故障突然从满负荷状态甩负荷到零即停机的状态，此时，除氧器的抽汽量骤降至零，除氧器的压力由满负荷时的额定工作压力降到停机时的大气压力。在此以瞬态工况来分析给水泵的汽蚀问题，并假设：暂态过程进入除氧器的凝结水温度不变；给水管入口管段的压降vp不变；给水泵必需净正吸水头为额定工况时的数值，以NPSHr表示；给水流量不变。 NPSHa是有效汽蚀裕量，有效汽蚀裕量

37、是指泵在吸入口处，单位重量液体所具有的超过输送液体的温度对应饱和蒸汽压力pv的富裕能量水头，其定义为： pvp NPSHa= 其中ps和vs是泵吸入口处的参数。有效汽蚀裕量是由吸入系统的装置特性来决定的，与泵的本身性能没有关系。NPSHr是必需汽蚀裕量，必需汽蚀裕量是为了描述液体从泵吸入口处至压力最低点k处的能量及其与汽蚀的关系，其定义为泵在吸入口 - 25 - 图5.2 泵内的压力变化 影响液体由泵入口到k点的压降有以下几个方面的原因。 吸入口s-s截面至k-k截面间有流动损失，致使液体压力下降； 从s-s截面至k-k截面时，由于液体转弯等引起绝对速度分布不均匀，局部流速加大，导致k点流体压

38、力下降； 导入管一般为收缩形，因速度改变而导致压力下降； 流体进入叶轮流道时，以相对速度绕流叶片进口边，从而引起相对速度的分布不均匀，致使k点流体压力下降。 有效汽蚀裕量与必需汽蚀裕量的关系如图5.3所示。有效汽蚀裕量代表吸入系统所提供的在泵吸入口大于饱和蒸汽压力的富裕能量，有效汽蚀裕量越大表示泵抗汽蚀性能越好。而必需汽蚀裕量表征液体从泵吸入口至k点的压力降，必需汽蚀裕量越小则表示泵抗汽蚀性能越好，可以降低对吸入系统提供的有效汽蚀裕量的要求。由以上可以知道，有效汽蚀裕量NPSHa随流量的增加是一条下降的曲线。流量增加会导致vo、wo增大，从而导致必需汽蚀裕量相应增加，而必需汽蚀裕量NPSHr随

39、流量的增加是一条上升的曲- 26 - 线。这两条曲线相交于一点，该点即临界汽蚀状态点，在该点的左侧，例如泵在A点运行此时有效汽蚀裕量NPSHa必需汽蚀裕量NPSHr,泵能正常工作。泵在B点运行时，有效汽蚀裕量NPSHa必需汽蚀裕量NPSHr,泵不能正常工作，B-C过程为已汽化只能以虚线表示。所以在临界点左侧区域为稳定工作区，而右侧为汽蚀区。 图5.3 有效汽蚀裕量与必需汽蚀裕量的关系 综合可知，给水泵不汽蚀的基本条件是泵入口的有效汽蚀裕量NPSHa应大于必需汽蚀裕量NPSHr，即NPSHaNPSHr。或防止给水泵汽蚀的有效富裕水头： NPSH=NPSHaNPSHr0 根据图中的汽水参数,NPS

40、Ha 可表示为 NPSHa =pdDppv +Hd-rdgrgrvg将式代入式并整理得： pvpdDpH-NPSH- NPSH= rdrgrvgrdg简写为： NPSH= - 27 - 其中h=rvgrdgrg式中h稳态工况时泵不汽蚀的有效富裕水头，m； H暂态过程中有效富裕压头下降值，m； 我们知道，在稳定工况时，除氧器定压与滑压运行是一致的，若忽略泵吸入管段的散热损失，tv,td均为除氧器工作压力pd所对应的饱和温度，即 tv=td，pv=pd, rv=rd=r 故H=pvp-d=0 rvgrdg 由式得NPSH=h=常数，这时靠除氧器位于一定高度形成的Hd,用以克服 p/g、NPSHr，

41、即只要满足： HdDp+NPSHr rg泵就不会汽化。为此，通常大气压力式除氧器要位于78m的安装高度，高压除氧器应位于1718m的安装高度。因此，给水泵入口静压力即可确定。 5.4 防止给水泵汽蚀的方法 泵是否发生汽蚀是由泵本身的汽蚀性能和吸入系统的装置条件来确定的。因此，提高泵本身的抗汽蚀性能12，尽可能减小必需汽蚀裕量NPSHr，以及合理的确定吸入系统装置，以提高有效汽蚀裕量NPSHa，一般可从下面两个方面入手。 提高泵本身的抗汽蚀性能 降低叶轮入口部分流速。 由汽蚀基本方程式 vw NPSHr=l1o+l2o2g2g22可知，在压降系数不变时，减小vo和wo可使NPSHr减小，而vo和

42、wo均与入口几何尺寸有关。因此，改进入口几何尺寸，可以提高泵的抗汽蚀性能，一般采用两种方法：a适当增加叶轮入口直径Do;b增大叶片入口边宽度b1。也可同时采用上述两种方法。但是这种结构参数的改变，均应有一定的限度，否则泵的效率将得不到保障。 采用双吸式叶轮。 此时单侧流量减小一半，从而使vo减小。如果汽蚀比转速c、转数和流量相同时，采用双吸式叶轮，NPSHr相当于单级叶轮的0.63倍，即双吸式叶轮的必需汽蚀裕量是单- 28 - 吸式叶轮的63%，因而提高了泵的抗汽蚀性能。如国产125MW和300MW机组的给水泵，首级叶轮都采用双吸式叶轮。 增加叶轮前盖板转弯处的曲率半径。 这样可以使局部阻力相

43、应的减小一部分。 叶片进口边适当加长。 即将叶片进口边向吸入方向延伸，并作成扭曲形。 首级叶轮采用抗汽蚀性能好的材料。 如采用含镍铬的不锈钢、铝青铜、磷青铜等。 提高吸入系统装置的有效汽蚀裕量NPSHa 减小吸入管路的流动损失。 即可适当加大吸入管直径，尽量减少管路附件，如弯头、阀门等，并使吸入管长最短。 合理确定几何安装高度和倒灌高度。 采用诱导轮13。 诱导轮是与主叶轮同轴安装的一个类似轴流式的叶轮，其叶片是螺旋形的，叶片安装角小，一般取1012，叶片数较少，仅2、3片，而且轮毂直径较小，因此流道宽而长，主叶轮前装有诱导轮，使液体通过诱导轮升压后流入主叶轮，因而提高了主叶轮的有效汽蚀裕量，

44、改善了泵的汽蚀性能。 采用双重翼叶轮。 双重翼叶轮由前置叶轮和后置离心叶轮组成，前置叶轮有2-3个叶片，呈斜流形，与诱导轮相比，其主要优点是轴向尺寸小，结构简单，且不存在诱导轮与主叶轮配合不好，而导致效率下降的问题。所以，双重翼离心泵不好降低泵的性能，却使泵的抗汽蚀性能大为改善。 采用超汽蚀泵。 近几年来，发展了一种超汽蚀泵。在主叶轮之前装了一个类似轴流式的超汽蚀叶轮，其叶片采用了薄而尖的超汽蚀翼型，使其诱发一种固定型汽泡，覆盖整个翼型叶片背面，并扩展到后部，与原来叶片的翼型和空穴组成了新的翼型。其优点是汽泡保护了叶片，避免汽蚀并在叶片后部溃灭，因而不损坏叶片。 设置前置泵。 随着单机容量的提高，锅炉给水泵的水温和转速也随之增加，则要求泵入口有更大- 29 - 的有效汽蚀裕量。为此，除氧器的倒灌高度随之增加。而除氧器装置高度过高，不仅造成安装上的许多困难，同时也不经济。所以，目前国内对大容量机组的锅炉给水泵，广泛采用在给水泵前装置低速前置泵，使给水经