水環式真空泵加裝大氣噴射器的改造
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水環式真空泵加裝大氣噴射器的改造
我廠為電廠提供的一套水環真空泵機組，自投產后發現真空泵在極限真空下運行噪音超標，并導致真空泵葉輪損壞，對電廠的正常生產造成影響，所以決定對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，延長水環式真空泵的使用壽命，確保電廠正常安全生產。
1． 水環式真空的結構及工作原理
泵體與其兩側的前配氣盤、后配氣盤組成一個腔體。葉輪安放在腔體內，其軸與泵體軸平行并有一定的偏心距。前后配氣盤上開有吸排氣孔。
啟動泵前先向泵體內注入一定量的工作水，水量由自動排水閥控制。由于葉輪下部的葉片浸在水中，當葉輪旋轉時，葉片便帶動水運動，水受離心力的作用形成一緊貼殼壁的旋轉水環，水環的軸線與泵體同線基本同軸，因而水環內表面與葉輪輪轂表面及兩側蓋端面之間形成1個月牙形工作空間，該空間被葉片分隔成若干個腔室，腔室容積隨葉輪回轉不斷地改變。
葉輪順時針轉動，在前半轉，工作小腔容積由小變大形成真空。于是，外界的氣體通過進氣口入前、后泵蓋的吸氣腔，再通過配氣盤的吸氣孔進入工作腔室。在后半轉，工作小腔容積由大變小，氣體被壓縮，壓力升高，經配氣盤的排氣口排出。
2． 真空泵葉輪損壞情況及解決方法
通過對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、泵體損環、分配板有刮痕，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，一般情況下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。但當機組的精密性很好時，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。
單級真空泵壓縮比大，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。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，目前最佳的辦法就是給真空泵加裝大氣噴射器，這樣可以改變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--噴射器的真空泵機組可以有效避免汽蝕的產生，因為當凝汽的真空在3~5kPa時，水環--噴射器真空泵機組的第一級(噴射器)的吸入壓力也在3~5kPa，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--噴射泵比單一采用真空泵可以達到更高的真空。
3． 大氣噴射泵的原理
水環噴射泵作為一種很成熟的產品，在各個行業已廣泛應用，同樣作為抽凝汽器真空的設備也得到廣泛的應用。與水環式真空泵配合的噴射器成套裝置，是針對所配套的真空泵性能進行設計，可以使效率達到最佳狀態。相對比單一真空泵，凝汽器真空有可能達到更高。大氣噴射器又叫大氣噴射真空泵，可以直接利用常壓大氣作介質，可以按一有、二級、三級串聯工作。
大氣噴射器作用是利用大氣壓相對于真空泵的壓差，產生空氣射流，在噴射器內獲得比真空泵更低的抽吸壓力，從而消除真空泵的極限壓力，防止真空泵產生汽蝕，起到保護真空泵的作用。當壓縮空氣進入到拉法爾噴嘴喉部最小斷面處，其壓力達到臨界值PK，此時空氣流速達到音速VK。在拉法爾噴嘴的擴張段，速度逐漸上升，而壓力繼續下降。當達到噴嘴出口切面時，速度達到超音速，壓力為P/0。壓縮空氣流出噴嘴后，繼續膨脹到P//0。這時壓縮空氣的壓力才與被抽氣體的壓力相等，即P/0=P//0。被抽氣體從P1到P//1的壓力差，使被抽氣體得到顯著的加速。壓縮空氣和被抽氣體兩股氣流在混和室內相互混和進行動量和能量交換，把壓縮空氣由壓力能轉變來的動能傳給被抽氣體，從而使壓縮空氣速度V0逐漸降低被抽氣體速度V1逐漸增高，兩者速度逐步接近。最后，在擴壓器喉部某處兩者速度達到一致V/3，并產生正激波，使得混合氣流速度下降，從激波前的超音速下降到激波后的亞音速V3，同時壓力上升到P3。
在實際應用中，大氣噴射泵是作為水環泵的前級泵組成水環--大氣噴射泵機組，來提高水環泵的極限壓力和擴大其工作范圍。由于水環泵受到水溫限制，在極限真空下其抽氣速率大量減少以及水環泵內部容易產生汽蝕，這時配帶大氣噴射泵就有很大的好處。汽蝕是一種物理現象，當真空高到一定值時，真空泵內的工作水會不斷產生氣泡破裂的現象，當這種現象出現時會導致真空泵噪聲劇增，出現這種情況并不是泵的質量問題，只要是用水作工作液的真空泵就會出現這種情況；但出現汽蝕現象對真空泵來說也是一種非正常狀態，經常在這種狀態運行會影響到真空泵的使用壽命；為避免在這種情況下運行的最佳選擇就是給真空泵加裝大氣噴射泵。加上大氣噴射泵后，當發電機組在冬季運行時，整個真空泵組抽氣性能會與日俱增，因此凝汽器真空泵可保證在目前水平或者更高，但真空泵本體其內部真空度在12kPa左右這樣就有效避免汽蝕的產生。
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