Высота всасывания и кавитация в насосах

Питательные насосы тепловых электростанций

Насосы предназначены для перемещения жидкостей и сообщения им энергии. Питательные, бустерные, конденсатные, дренажные, циркуляционные (охлаждающей воды конденсаторов), сетевые и подпиточные насосы относят к насосам основного технологического назначения. Все остальные насосы – вспомогательные.

В питательных насосах при определенных условиях может возникнуть такое нежелательное явление, как кавитация.

Кавитация – это гидродинамическое явление в гидравлических машинах, в том числе в насосах, зависящее от гидродинамических характеристик машины и физических свойств жидкости, приводящее к разрушению как движущихся, так и неподвижных частей гидравлических машин. Длительная работа лопастных насосов в условиях кавитации приводит к характерному разрушению их рабочих колес, зависящему от свойств металла и степени развития кавитации.

Кавитация начинается при падении давления жидкости до значения, равного или меньшего упругости ее насыщенного пара, и сопровождается нарушением сплошности потока и образованием пузырей или полостей (каверн), заполненных паром. Кавитационные явления могут также возникать при снижении местного давления по причинам динамического характера.

Проблема кавитации в насосах стала особенно острой в связи с повышением частоты вращения их рабочих колес особенно у питательных насосов энергоблоков на сверхкритические начальные параметры пара.

В настоящее время принято считать, что кавитационное разрушение материала происходит из-за механического воздействия кавитирующего потока на материал. Циклический процесс разрушения одних каверн (или пузырьков) и образования новых заставляет колебаться хвостовую часть каверны на обтекаемой поверхности. Степень кавитационного повреждения лопасти зависит от давления, при котором происходит разрушение каверн. Это явление сопровождается кавитационными гидравлическими ударами, приводящими материал лопасти к усталости. Кроме поверхностного разрушения металла, вызванного усталостными явлениями в результате многократных гидравлических ударов, имеют место также отрыв и унос частиц металла жидкостью, проникающей в поры металла и выталкиваемой из них под действием колебаний давления жидкости. Пористые металлы более подвержены подобным разрушениям.

Снижение абсолютного давления в проточной части насоса до давления упругости пара перекачиваемой жидкости, приводящее к кавитации, может быть общим для всей системы или местным. Общее падение давления может быть вызвано рядом причин: увеличением геодезической высоты всасывания или уменьшением подпора на всасе, снижением абсолютного давления на всасе, снижением абсолютного давления в системе, ростом температуры перекачиваемой жидкости. Местное уменьшение давления может быть связано с причинами динамического характера: с возрастанием скорости жидкости вследствие увеличения частоты вращения, с отрывом или сжатием потока, с отклонением линий тока от нормальных траекторий.

Питательные насосы ТЭС всасывают воду с температурой выше 100 из закрытых аккумуляторных баков деаэрированной воды, где имеется паровая подушка с равновесным давлением насыщенного пара, соответствующим температуре воды. В этом случае подпор жидкости над всасывающей воронкой насоса определяется по формуле:

(10.3)

,

где – сопротивление всасывающего трубопровода, м; – скорость жидкости на входе в насос, м/с; – необходимое избыточное давление во всасывающей воронке насоса сверх давления насыщенного пара, называемое антикавитационным запасом, м.

Требуемый антикавитационный запас энергии на всасе насоса зависит от его подачи, от частоты вращения и от конструкции входных элементов лопастного колеса насоса.

Кавитация насосов сопровождается дополнительными явления, отрицательно сказывающимися на работе насоса: шумом и вибрацией, снижением КПД и характеристик H (Q).

Для защиты насосов от кавитационного разрушения применяются меры, не связанные и связанные с изменением конструкции насоса. К первым относятся:

а) уменьшение сопротивления всасывающих линий (минимальная их длина, оптимальный диаметр, отсутствие резких поворотов);

б) ограничение скорости жидкости во всасывающих трубопроводах значениями 1–2 м/с при определении их диаметра;

в) недопущение воздушных мешков при трассировке всасывающих трубопроводов (в противном случае предусматриваются устройства для удаления воздуха).

Дата добавления: 2014-11-29