锅炉给水泵进口有效汽蚀余量的计算.pdf

余 热 锅 炉2 0 1 0 2 锅炉给水泵进 I： I 有效汽蚀余量的计算 杭州锅炉集团股份有限 公司 张 博 摘要水泵汽蚀余量由于叶轮机械中流体运动的复杂性， 很难从理论上计算 出流场中何处可能出现汽蚀， 再加上汽蚀现象不仅仅取决于流体的流动特性， 还取决 于流体本身的热力学性质， 所以， 更难于从理论上提 出汽蚀发生的判据。本文从实际应 用角度出发， 针对锅炉给水泵有效汽蚀余量进行校核计算， 以满足工程安全运行需要。 关键词 汽蚀有效汽蚀余量 引言 1 不汽蚀的基本条件 水泵汽蚀余量由于叶轮机械中流体运动 的复杂性 ， 很难从理论上计算 出流场中何处 可能出现汽蚀 ， 再加上汽蚀现象不仅 仅取决 于流体的流动特性 ， 还取决于流体本 身的热 力学性质 ， 所 以， 更难于从理论上提出汽蚀发 生的判据。因此 ， 在实践中往往是采用经验 加实验的办法来提出汽蚀判据 。水泵的汽蚀 余量概念即是其 中的重要判据之一 ， 它既具 有一定的理论意义， 又是产品验收的标准之 一 。这里有两个概念 ： 其一是与安装方式有 关， 称有效的汽蚀余量 N P S H a ， 它是指水流经 吸入管路到达泵吸人口后所余的高出临界压 力能头的那部分能量， 是可利用的汽蚀余量， 属于“ 用户参数” ； 其二是与泵体本身有关， 称 必需的汽蚀余量 N P S H r ， 它是流体由泵吸人 口至压力最低处的压力降低值， 是临界的汽 蚀余量， 属于“ 厂方参数” 。要确保水泵在运 行中不汽蚀， 必须在安装上保证 N P S H a K N P S H r ( K为安全裕量) ， 而后者由制造厂所 保证。从这个意义上看， 降低水泵汽蚀余量 的意义在于保证水泵的绝对提水高度， 满足 使用要求。 由上文得知给水泵不汽蚀的基本条件为 泵人 口汽蚀 富裕压头 N P S H大于零 ， 即有效 汽蚀余量 N P S H a 大于必需汽蚀余量 N P S H r ： NPS H =NPS Ha NP S H _ r 0 其中， N P S I-I a 取决于除氧器运行压力、 除 氧器水箱水位与泵中心线高差及管道阻力等 因素， 而N P S I-I r 取决于泵本身的特性， 如结构、 转速和流量， 其值一般由给水泵制造厂提供。 经查阅相关资料， 泵的有效汽蚀余量可 由下式得到： N S P H a = i p H z H L H 式 中： H 除氧器水箱 中饱和水压力， m； 泵几何安装高度( 吸上时为正值， 倒 灌时为负值) ， m ； H 广 下降管管道及附件的沿程阻力， m ； 一 在抽送液体温度下的汽化压力， m ； 2 有效汽蚀余量校核计算 图 l 为天津 I C C C燃机余热锅炉高压给 水泵进口管道布置， 由于泵房为混凝土结构， 不设置钢架泵站平台， 因此水泵进 口管道采 取阀门落地布置。此布置增加了管路的长度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 0 2 和弯管数量， 为了保证管路布置能够满足水 泵不汽蚀的要求， 现对水泵的有效汽蚀余量 进行校核计算。 图 1 高压给水泵进 口管道布置图 器 2 1 泵几何安装高度 水泵的安装方式可以吸上 ， 也可以倒灌 ， 这要根据泵的汽蚀余量要求和使用工况而 定。本项目余热锅炉为自 带除氧器的自然循 环卧式余热锅炉， 给水系统中的锅炉给水泵 输送的介质为热水， 容易发生汽化， 为了保持 在水泵进 口有较高 的压头 ， 避免发生汽蚀 ， 所 以高压给水泵采用倒灌的安装方式来提高介 质在泵进 口处的位置水头( 势能) 。除氧器采 用高位布置， 即除氧器安装在低压汽包上， 低 压汽包同时作为除氧水箱。安装形式如图 l 所示， 汽包正常水位标高为 3 0 9 0 6 m 。水泵 人口安装标高为 1 8 7 2 m， 即 H 2 =1 8 7 2 3 0 9 0 6： 一2 9 0 3 4 m。 2 2 除氧器水箱 中饱和水压力 查 I G C C项目余热锅炉汽包数据表， 得到 除氧器水箱中饱和水工作压力 l ip = 6 8 3 6 m 。 2 3 抽送液体温度下的汽化压力 由热力计算汇总表查得泵进口水温为 1 6 4 C ， 查 J B Z 2 0 1 8 3 附表 1 ， 利用插值法计 算出对应该温度下的汽化压力 H v = 68 3 6 m 。 2 4 下降管管道及附件的沿程阻力 如 图 1 所示 ， 该系统为两台给水泵 ， 一用 一 备。取沿程阻力较大的水泵管路为计算模 型。计算管道沿程阻力， 已知数据如下： 管道内径： d n = 0 3 0 3 2 m； 管段长度： Z= 6 1 m ； 流量 ： Q= 2 6 0 m 3 h ； 饱和水平均 比容 ： =0 0 0 1 1 0 6 8 ； 饱和水重度 y=9 0 3 5 k g f 3 ； 管道材料为 20 G B 3 0 8 7 0 8 ， 取管子内壁 绝对粗糙度 ： k =0 0 6 m m。 2 4 1 摩擦 阻力损失 重量流速按照 J B Z 2 0 1 8 3中公式 2 3 计算 ： 洳=G F= 4 q 7 = 点：9 0 3 8 k g f mz 3 6 0 0 0 3 0 3 2 摩擦阻力系数按 Z 2 0 1 8 3中公式 2 3 7计算 ： 。 1 1 =0 0 4 5 1 8 8 3 4 0 0 3 2 ( 1 g ( 3 7 0 0 ) ) 摩擦阻力损失按照 J B Z 201 8 3中公式 2 3 3 计算： P ： D 2 2： o a 04 5 1 8 8 6 1 o 0 0 1 1 0 6 8 = 1 2 7 2 4 2 局 部 阻力损 失 该管路中还包括 9 个 9 0 长半径弯头、 1 个闸阀、 1 个过滤器和 1 个异径接头。 2 4 2 1 长半径弯头 R d n=0 4 5 7 0 3 o 3 2=1 5 0 r 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 0 2 2 7 查 J B Z 2 0 1 8 3 中表 2 1 O ， 利用插值法 计算出K =1 1 9 8 。 查 J B Z 2 0 1 8 3中表 27 ， C 1 =1 0 。 查 J B Z 2 0 1 8 3中表 28 ， c 2： ： ： ： 0 1 7 1 d 1 5 0 7 弯头的阻力系数按照按照 1B Z 2 0 1 8 3 中公式 2 4 7 计算： = u埘 =C 1 c 2 ：1 0 1 7 1 1 1 9 8 = 0 2 0 5 弯头的局部 阻力损失按照 J B Z 2 0 1 8 3 中公式 2 4 3 计算 ： ： ： 9 0 20 5 0 0 01 1 0 6 8 = 8 5 1 k g f m2 2 4 2 2 闸阀 查 J B Z 2 0 1 8 3中表 2 2 0 ， =0 1 5 。 弯头的局部阻力损失按照 I B Z 2 0 1 8 3 中公式 2 4 3 计算 ： ： _ 0 1 5 0 0 01 1 0 6 8 = 6 9 2 k g f m2 2 4 2 3 过滤器 查 J B Z 2 0 1 8 3中表 2 2 7 ， =1 2 8 。 ： 2 8 O 0 01 1 0 6 8 = 5 9 k g f m2 2 4 2 4 异径接头 接头进 口 d l ：0 3 0 3 2 m， 接头出 口 , t 5 = 0 2 5 4 5 m， 接头长度 Z=0 2 0 3 m。 由 公式tg 号： 得到a： 2 a r e tg != 一 r Q ! Q = 1 一 ， 7 oe tg T一 a 广 z ， u 查 J B Z 2 0 1 8 3中表 2 2 3 ， =0 1 。 P = - 0 O 0 0 1 1 0 6 8 = 4 6 1 k g f m2 由此得管道及附件的沿程阻力： HL ： zS Pt a m 哦 +P “ = 2 8 2 6 k g f m =0 28 2 6 m 泵的有效汽蚀余量： N S P I-I a =H 。 一 一 H L I t , =6 8 3 6一(一2 9 0 3 4 )一0 2 8 2 6 6 8 3 6=2 8 7 5 1 4 m 水泵厂家提供的必需汽蚀余量： N P S H r =6 5 mo N P S H=NP S HaNP S I - I r =2 8 7 5 1 46 5 = 2 2 2 5 1 4 0 满足使用要求。 3 结论 综合以上情况 ， 得到如下几点总结 ： 1 对于低压汽包同时作为除氧水箱的锅 炉热力除氧系统， 水泵进口的汽化压力等于除 氧器水箱中饱和水压力。泵的有效汽蚀余量 取决于除氧器的安装高度和管路的沿程阻力。 2 除氧水箱采用倒灌 的安装方式时， 在 安装平台允许 的情况下 ， 应尽可能增加几何 倒灌高度 ， 以增大泵的有效汽蚀余量。 3 减小下降管管道及附件的沿程阻力。 为此可以设法增加管径， 尽量减小管路长度， 减少弯头和附件等， 以减小水头损失， 提高装 置汽蚀余量。为使水泵进口 处的水流速度和 压力分布均匀 ， 对卧式离心泵 ， 泵进 口处以前 的进水管水平直段不能过短 ， 其长度一般不 应小于 4 5倍 的水泵进 口直径 。 4 吸入管路采用弯管时， 尽量采用较 大的曲率半径。减少局部阻力损失。 参考文献 1 J B Z 2 0 1 8 3 ( 电站锅炉水动力计算方法 2 锅炉机组热力计算标准方法 苏联技术科学 博士 A M古尔维奇， 库滋涅佐夫主编 3 卢熙宁， 施勇 热力除氧给水系统热水泵灌注高 度的计算 橡塑技术与装备 2 0 0 4 年第 3 0 卷 4 李文广 泵装置汽蚀余量的精确计算 排灌机 械 1 9 9 1 年 0 3 期 5 刘慧敏 锅炉给水泵容易汽化原因分析 冶金丛 刊。 2 0 0 4 年第 5 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m