一种330MW汽轮机排汽装置水环真空泵汽蚀余量的表达式

[摘要]水环真空泵的运行状态，直接影响到汽轮机排汽装置的真空及凝结水的含氧量。

文中首先对330MW机组排汽装置水环真空泵的汽蚀原因进行了分析。

然后给出了汽蚀的判断方法以及汽蚀余量的表达式。

最后，以国投伊犁能源开发有限公司330MW汽轮机排汽装置为例，对汽轮机负荷及真空泵工作水冷却水温度对水环真空泵汽蚀余量的影响进行了计算。

[关键词]汽轮机；排汽装置；水环真空泵；汽蚀
中图分类号：TK264.11 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0027-01
1 前言
水环真空泵是330MW汽轮机重要的辅助设备，其作用是连续不断地抽出漏入汽轮机真空系统的空气量，从而维持排汽装置的真空及减少凝结水的含氧量，保证汽轮机安全经济运行。

与常规的射水抽气器相比，水环真空泵具有节能、节水等优点，但其在部分运行条件下容易出现汽蚀却对排汽装置的运行产生较大的影响。

当水环真空泵发生汽蚀时，不仅引起其抽吸能力的降低，影响排汽装置真空，而且严重时导致叶片及泵壳体内表面损坏。

因此，水环真空泵的汽蚀特性，受到了公司各部门的普遍关注。

本文通过对330MW汽轮机排汽装置水环真空泵工作状态的分析，提出一种水环真空泵汽蚀余量的表达式，并对影响水环真空泵汽蚀的因素进行了分析，对运行中水环真空泵汽蚀的监测及预防奠定了一定的基础。

2 水环真空泵汽蚀的原因
水环真空泵是利用水作为工质进行工作的。

在水环真空泵运行过程中，工作水由于受到压缩、摩擦等作用，同时还由于工作水吸收了不凝结气体携带进来的蒸汽凝结所放出的热量，使工作水的温度升高。

水环真空泵所能达到的最小抽吸压力取决于工作水温对应的饱和压力。

当水环真空泵抽吸压力小于或等于工作水温对应的饱和压力时，将使部分工作水产生汽化，从而产生汽蚀。

此时，真空泵叶片与水环内表面之间所形成的空间大部分被工作水汽化所产生的水蒸气填充，而只剩下很少的空间用于吸收排汽装置中的空气-蒸汽混合物，从而使真空泵的抽吸能力降低。

而且，真空泵产生汽蚀，还会导致真空泵的叶片及内表面损坏，真空泵的抽吸能力进一步降低。

3 水环真空泵汽蚀余量的表达式
3.1 水环真空泵的汽蚀余量
图1为330MW汽轮机排汽装置水环真空泵系统图。

由图可见，水环真空泵冷却器的冷却水为开式水。

设冷却水温度为、冷却器出口的真空泵工作水温度比冷却水入口温度、工作水在真空泵内的温升为，则工作水离开真空泵的温度为
（1）
而排汽装置内的凝结温度，亦即真空泵抽吸的空气-蒸汽混合物温度为
（2）
其中，分别为排汽装置的凝结温度、端差和冷却水在排汽装置内的温升，℃。

当真空泵抽吸的空气-蒸汽混合物温度小于离开真空泵的工作水温度时，真空泵抽吸空气-蒸汽混合物的压力小于真空泵工作水温对应的饱和压力，此时，真空泵内的工作水即产生汽化，亦即真空泵产生汽蚀。

为了防止水环真空泵发生汽蚀，运行中通常要求真空泵的抽吸压力必须比工作水温对应的饱和压力至少高出0.85kPa，即≥[]=+0.85kPa。

亦即无论真空泵的容量如何变化，真空泵的最小抽吸压力只能达到[]=+0.85kPa，否则，真空泵将产生汽蚀。

由上述分析可见，[]实质上是一个判断真空泵内是否可能发生汽蚀的标准。

结合式（1）和式（2）可以看出，防止水环真空泵汽蚀的条件为
≥（3）
其中，为考虑到压力有0.85kPa富裕量后的饱和温度富裕量。

则，水环真空泵的汽蚀余量为
（）-（）
-（-）-（）（4）
显然，≥0，是防止水环真空泵发生汽蚀的条件。

由式（4）可见，影响水环真空泵发生汽蚀的因素，排汽装置方面主要是排汽装置端差、冷却水在真空泵中的温升，真空泵方面主要是冷却器的和工作水在真空泵内的温升。

3.2 影响水环真空泵汽蚀的因素分析
1.汽轮机负荷
由式（4）可见，当汽轮机负荷降低时，在冷却水流量一定的前提下，排汽装置端差、冷却水在真空泵内的温升均不同程度的减小。

同时，由于工作水冷却器的及工作水在真空泵内的温升不随汽轮机负荷变化，因此，当汽轮机负荷降低时，真空泵汽蚀余量减小，真空泵汽蚀的可能性增大。

而且，汽轮机的负荷越低，真空泵汽蚀的可能性越大。

2.冷却水温度
在0.85kPa压差条件下，冷却水温度越低，其对应的温差越大。

虽然，随着冷却水温度的降低，从而使减小，水环真空泵汽蚀的可能性增大。

3.运行因素
当工作水冷却器内部结垢或堵塞时，使冷却器的换热能力降低，相应地使冷却器的前端差增大，导致减小，汽蚀的可能性增大。

另外，工作水在真空泵内产生温升，主要是由于真空泵叶片不断搅动工作水以及抽吸的空气-蒸汽混合物中的蒸汽凝结放热引起的，因此，真空泵的效率越低、抽吸的空气-蒸汽混合物中蒸汽凝结量越大，则工作水在真空泵内的温升越大，从而使得真空泵汽蚀的可能性增大。

4 计算实例
为了说明汽轮机负荷及冷却水温度对水环真空泵的汽蚀特性的影响，在排汽装置冷却水流量一定的前提下，对水环真空泵的汽蚀余量进行了计算。

计算中，取冷却器前端差=2.78℃，工作水在真空泵内的温升=2.5℃，排汽装置冷却水流量37300t/h，计算结果如图2所示。

由图2同样可以看出，在汽轮机负荷一定的条件下，冷却水温度越低，水环真空泵的汽蚀余量越小；在冷却水温度一定的条件下，汽轮机负荷越低，水环真空泵的汽蚀余量越小，汽蚀的可能性越大。

5 结论
1.当水环真空泵的抽吸压力小于工作水温对应的饱和压力时，水环真空泵将产生汽蚀。

2.本文给出了水环真空泵汽蚀余量的表达式，为运行中判断水环真空泵的汽蚀情况提供了一种简单的方法。

3.冷却水温、汽轮机负荷、冷却器的运行状态以及真空泵的效率对水环真空泵的汽蚀产生很大的影响。

一般地，冷却水温度及汽轮机负荷越低、水环真空泵工作水冷却器冷却效果越差、水环真空泵的效率越低，则水环真空泵的汽蚀余量越小，水环真空泵越容易产生汽蚀。

4.汽轮机实际运行中，为了便于运行人员及时判断水环真空泵的汽蚀状态，建议对水环真空泵冷却器前端差及工作水在真空泵内的温升加装表记进行监测。

参考文献
[1]齐复东，贾树本，马义伟.电站凝汽设备和冷却系统[M].北京：水利电力出版社，1992
[2] 庞麓鸣等.工程热力学（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1986。