值長要的論文射水抽氣系統(tǒng)的設計

1、目 錄1緒論11.1 選題的目的及意義11.2 抽氣設備的概述21.3 射水抽氣系統(tǒng)的發(fā)展31.4 射水抽氣系統(tǒng)設計方法42射水抽氣器理論研究52.1射水抽氣器簡介和特點52.1.1 射水抽氣器的型式52.1.2 結(jié)構(gòu)52.1.3 連接方式62.1.4 喉部結(jié)構(gòu)特征對射水抽氣器工作性能的影響73射水泵的選型103.1 選型泵的要求104射水池的設計和研究114.1 射水池的作用和設計114.1.1 射水池的作用114.1.2 射水池的設計121緒論汽輪機設備在啟動和正常運行過程中，都需要將設備（特別是凝汽器）和汽水管路中的不凝結(jié)氣體及時抽出，以維持凝汽器的真空，改善傳熱效果，提高汽輪機設備的熱

2、經(jīng)濟性。因此，由抽氣設備，管道，閥門等組成的抽氣系統(tǒng)是凝氣設備中非常重要的組成部分。射水抽氣系統(tǒng)是由射水抽氣器，射水池，射水泵，凝汽器，閥門，管道為主要部件構(gòu)成的。射水抽氣器廣泛作為于火電廠汽輪機凝汽的抽氣設備。1.1 選題的目的及意義我國一些背壓或凝氣式汽輪機常采用射水抽氣器作為抽氣設備，采用射水抽氣器的好處是簡化抽氣系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)，噪音低，安全可靠。射水抽氣系統(tǒng)的主要關鍵部件是射水抽氣器。對于低水頭的射水抽氣器，其優(yōu)點更為突出，還可以輔助抽氣器，系統(tǒng)簡化，結(jié)構(gòu)緊湊，噴嘴直徑大，易于加工制造，運行中不易堵塞，維修方便，運行可靠，功率大，質(zhì)量小，價格低廉，能獲得更高一些的真空度。另外，射水抽氣

3、系統(tǒng)是保證汽輪機正常運行的系統(tǒng)之一，因而該系統(tǒng)的良好設計是保證汽輪機安全經(jīng)濟運行的重要一環(huán)，不容忽視。與射汽式抽氣器比較，采用射水式抽氣器能夠節(jié)省消耗在射汽式抽氣器的蒸汽量，且不需要冷卻器，提高了電廠的經(jīng)濟性。射汽抽氣器工作蒸汽是從新蒸汽節(jié)流而來，因此產(chǎn)生節(jié)流損失，從效率上考慮是不經(jīng)濟的；如果射汽抽氣器與單元制機組配套，當這種機組采用冷態(tài)滑參數(shù)啟動方式時，還需要為射汽抽氣器準備汽源。通過研究表明，綜合射水抽氣器和射汽抽氣器相比較優(yōu)點主要有以下三個方面：(1) 射水抽氣器不消耗蒸汽，射水抽氣系統(tǒng)更為經(jīng)濟方便。(2) 在同一臺機組上，使用射水抽氣器比使用射汽式抽氣器效果好。兩種抽氣器在抽吸同樣的空

4、氣量時，射水式抽氣器可以在凝汽器喉部獲得較高的真空度。(3) 在抽氣負荷增大時，射水抽氣器的工作要比射汽抽氣器穩(wěn)定。對于中小型火電機組凝汽器，抽氣器選用射水抽氣器更為合理和經(jīng)濟。因為射水抽氣器對凝汽的真空和工作效率有著直接的影響，所以只有射水抽氣系統(tǒng)合理高效的工作，才能正常的維持機組的真空度，汽輪機組才能正常的工作。因此對射水抽氣器的研究對于維持汽輪機凝汽器真空，改善傳熱效果，提高汽輪機設備的熱經(jīng)濟型是很重要的。并且對射水抽氣系統(tǒng)設計研究對射水抽氣系統(tǒng)的發(fā)展和汽輪機組的發(fā)展也有著重要的意義。1.2 抽氣設備的概述用于汽輪機凝汽器的抽氣器其工作特點：一是抽吸的真空并不要求很高，為了維持凝汽器在多

5、種工況下正常工作，其抽吸壓力一般在0.002670.0533MPa就可以了；二是抽氣速率和抽氣量都很大，且抽出的介質(zhì)為汽氣混合物。抽氣器的任務就是將漏人凝汽器內(nèi)的空氣和蒸汽中所含的不凝結(jié)氣體連續(xù)不段地抽出，保持凝汽器始終在高度真空下運行，抽氣器運行狀況的優(yōu)劣，影響著凝汽器內(nèi)絕對壓力的大小，對機組的安全，經(jīng)濟運行起著重要的作用。抽氣器設備的型式很多，按其工作原理可分為容積式（或稱機械式）和射流式兩大類。射水抽氣器屬于射流式抽氣器，這是利用具有一定壓力的流體，在噴管中膨脹加速，以很高的速度將吸入室內(nèi)的低壓氣體吸走。射流式抽氣器沒有運動部件，制造成本低，運行穩(wěn)定可靠，占地面積小，能在較短時間內(nèi)（通常

6、56min）建立起所需要的真空，且可回收凝結(jié)水。抽氣器型式的選擇主要根據(jù)汽輪機設備的情況和抽氣設備的特點來考慮。例如，對于高中壓母管制額定參數(shù)啟動的機組，工作蒸汽來源方便，多采用射汽式抽氣器。而對于高參數(shù)大容量單元制機組，若采用射汽式抽氣器，則因其過載能力小，需要另設啟動抽氣器，滑參數(shù)啟動時，還需要有其他工作蒸汽來源，使系統(tǒng)復雜，經(jīng)濟性下降；而采用射水抽氣器，則管道系統(tǒng)簡單，維護工作量少，啟?？欤枰渖渌煤蛯Ｓ盟?，占據(jù)空間也比射汽式大。采用機械式抽氣器則啟停靈活、效率高、但地少，但造價高，維護工作量較射流式大。歐美等國電站采用機械式抽氣器較多。目前，我國生產(chǎn)設計的非再熱機組、中小型機組

7、用射汽抽氣器，單元制一般用射水抽氣器。由于一些機組抽氣器運行時間較長，進行了一些改造，最近幾年大有把真空泵引入中小型機組的趨勢。1.3 射水抽氣系統(tǒng)的發(fā)展 射水抽氣器的出現(xiàn)已有一百多年歷史，但普遍用于汽輪機組凝汽器上是從本世紀年代初開始的。最早使用的是瑞士勃郎一鮑浮利 （B、B、C）工廠生產(chǎn)的汽輪機組上，后來為其它國家所廣泛采用,在抽氣器發(fā)展史上沿用了四十多年其構(gòu)造無多大改變。射水抽氣器的最初形式是單通道短喉部射水抽氣器，最早使用的是瑞士勃郎一鮑浮利 （B、B、C）工廠生產(chǎn)的汽輪機組上，后來為其它國家所廣泛采用,在抽氣器發(fā)展史上沿用了四十多年其構(gòu)造無多大改變。單通道短喉部射水抽氣器抽氣器在世界

8、各國從20年代初一直沿用到60年代中期。70年代初,國產(chǎn)大型凝汽式汽輪機所配套的射水抽氣器，這種型式與舊勃郎一鮑浮利式這種抽氣器在結(jié)構(gòu)上有改進,但仍無重大突破。壓縮效率低于25,抽吸每公斤耗功高達3.5kW。50年代末,蘇聯(lián)全蘇熱工研究所提出了四噴嘴抽氣器的改革方案,并作了多次試驗臺及工業(yè)性試驗,目的是提高舊式抽氣器效率。該型抽氣器的構(gòu)造特點是：（1）水噴嘴由一只改成四只,而總截面積基本不變；（2）空氣進口由單側(cè)改成雙側(cè),對稱排列,避免單側(cè)進氣時射流噴入喉管的氣相偏流。實驗證明這種偏流確實存在。由單噴嘴改為四噴嘴基于,當時人們對抽氣器工作原理的認識：工作水由噴嘴射人吸人室,由于水流束對氣體的粘

9、滯作用,水束將氣體帶人喉管,使吸人室形成真空,而水束在吸人室中尚未來得及破碎成小滴,所以只有水束的外緣才能對氣體產(chǎn)生較強的粘滯作用。在噴嘴總面積不變的情況下,增加噴嘴數(shù)目,將使水束在吸人室的分布更趨均勻,其外緣對氣體的附吸、粘滯作用更強烈。這一改進未能達到預期的效果，這是因為采用多噴嘴,對于液一液一相噴射泵,確是能提高效率（例如汽輪機的注油器）。但使用在水一氣兩相流的射水抽器中,效果則不明顯,往往還產(chǎn)生了更為嚴重的喉口沖擊,雖然單側(cè)進氣改為雙側(cè)進氣能有效地改變氣體進人喉管時的偏流。該型抽氣器未能得到普遍推廣。70年代,很多國家都對抽氣器的工作原理進行了深人研究。原蘇聯(lián)“全蘇熱工研究所”較早發(fā)表

10、這一成果,他們在液流能量方程的基礎上導出了射水抽氣兩相流的能量平衡方程,從理論上首先定量地闡明了長喉管對抽氣器工作的作用。80年代中期為了適應大型汽輪機組的發(fā)展需要。全蘇熱工研究所將抽氣器加以改進,將原有的扇形通道改成圓形,并以此作為母型進行一系列的對比試驗。在理論上采用了一套較為合理的計算方法。研制成了一種七通道長喉型抽氣器。隨著技術的進步科技的發(fā)展，射水抽氣系統(tǒng)中的關鍵部件射水抽氣器有了較大的進步和發(fā)展，在我國目前較為先進的是低耗搞笑多通道抽氣器，這種抽氣器的特點主要是：一、多通道抽氣器具有結(jié)構(gòu)簡單無機械傳動，使用安全，運行壽命長，噪聲低，投資少；二、對水質(zhì)要求較低，運行部件不結(jié)垢；三、具

11、有良好的啟動型，小能耗、高效率、建立真空快；四、具有余速抽氣性能，可抽吸軸封加熱器氣體。1.4 射水抽氣系統(tǒng)設計方法本次設計是根據(jù)所選汽輪機凝汽器的型號為標準設計相應的射水抽氣系統(tǒng)。經(jīng)過計算和查表，由凝汽器的型號參數(shù)先確定射水抽氣器的容量。當射水抽氣器的容量大小確定后，即可對該系統(tǒng)的設計安裝進行研究和分析。由射水抽氣器的大小對射水泵和閥門進行選型，本次設計射水泵設兩臺，一臺運行一臺備用，備用泵應按照自啟動設計。同時對射水池進行設計，確定射水池的大小容量，射水池要采用合理的結(jié)構(gòu)滿足系統(tǒng)需求，射水池要盡可能的結(jié)構(gòu)簡單，方便維修，節(jié)約場地。射水抽氣器，射水池，射水泵，閥門都設計完畢后對管道進行選型，

12、管道要簡單，布置合理，節(jié)約能耗。最后對射水抽氣系統(tǒng)進行安裝。這就是本次射水抽氣系統(tǒng)的設計方法。2射水抽氣器理論研究射水抽氣器是射水抽氣系統(tǒng)的關鍵設備，。主要由工作水入口室，噴嘴，混合室，擴散管和逆止門等部件組成，工作原理是：由射水泵供給的壓力水，通過進水管進入水室后，再進入噴嘴。在噴嘴中水的靜壓力能轉(zhuǎn)換成速度能，水以高速通過混合室形成高度真空，抽吸凝汽器中的不凝結(jié)氣體并與之混合一起進入擴散管，降入升壓后排入射水池。在射水池中，不凝結(jié)氣體逸出大氣。射水抽氣器的選擇對系統(tǒng)是至關重要的。2.1射水抽氣器簡介和特點 射水抽氣器的型式一般的，目前我國電站等設備多用的射水抽氣器有以下幾種型式：(1) 長喉

13、部射水抽氣器。這種射水抽氣器的特點是喉管長度與喉管截面直徑比值不小于18。效率要比短喉射水抽氣器高，應用也極其廣泛。(2) 短喉部射水抽氣器。短喉管部射水抽氣器的喉管長度與喉管截面直徑比值為25的射水抽氣器。(3) 單通道射水抽氣器，單通道射水抽氣器即為單個喉管的射水抽氣器。(4) 多通道射水抽氣器，多通道射水抽氣器是指有兩個或兩個以上通道的射水抽氣器。 結(jié)構(gòu)我國設計制造的高壓凝氣式機組中，較多的是用射水抽氣器作抽氣設備。圖為典型的射水抽氣器，它主要由工作水入口水室、噴嘴、混合室、擴壓管和止回閥等組成。在噴嘴前安裝有水室，以防止工作水在進入噴嘴前形成漩渦，并提高噴嘴的工作性能。工作水壓保持在0

14、.20.4MPa，由專用的射水泵供給。壓力水經(jīng)過水室進入噴管，噴管將壓力水的壓力能變成速度能，以高速射出。在混合室內(nèi)形成高度真空，使凝汽器內(nèi)的氣、汽混合物被吸入混合室，在混合室內(nèi)，氣、汽混合物和水混合后一起進入擴壓管。工作水在擴壓管中流速逐漸降低，由速度能轉(zhuǎn)變成壓力能，最后在擴壓管出口其壓力升至略高于大氣壓力而排出擴壓管進入冷卻池。為防止升壓泵發(fā)生事故，使供水壓力降低，導致噴嘴的工作水吸入凝汽器中，必須在射水抽氣器的氣。汽混合物的入口裝有止回閥。1 工作水入口 2.噴嘴 3.混合室 4.擴壓管5.逆止閥 6.上水室 7.水室平衡孔圖2-1 射水抽氣器 連接方式射水抽氣器在系統(tǒng)中的連接方式通常有

15、兩種：一種方式是開水供水方式，工作用射水泵從凝汽器循環(huán)水入口管引出，經(jīng)抽氣器后排出的汽、水混合物引到循環(huán)水出水管中；另一種方式是系統(tǒng)設有專門的工作水箱，水箱給射水抽氣器提供工作水，工作水在射水抽氣器內(nèi)噴射抽氣后從夾帶著凝汽器的未凝結(jié)空氣和漏人空氣流回水箱，這種方式叫做閉式供水方式。由于受水源的限制，一般熱力發(fā)電廠都采用閉式供水方式。 喉部結(jié)構(gòu)特征對射水抽氣器工作性能的影響（1）喉部長度的影響。研究成果表明，提高射水抽氣器經(jīng)濟性的關鍵在于其喉部獲得水、氣混合物的臨界流動工況，而臨界流動工況的實現(xiàn)又以在喉部水、氣混合物完全充滿，并在壓縮增壓前混合的均勻程度達到足夠高的條件為前提。在長喉部射水抽氣器

16、中，正由于喉部有足夠的長度在一定的流體參數(shù)和幾何參數(shù)下足以使水、氣混合物的流動逐漸趨于均勻而獲得臨界流動工況，此時，復環(huán)流損失及突然壓縮損失均可達到最小值，提高射流效率。這一點在短喉部射水抽氣器中是達不到的。因而大大節(jié)省了功耗。短喉部射水抽氣器和長喉部射水抽氣器的對比：.無論是長喉部還是短喉部射水抽氣器，隨著工作水壓力的增高，雖然工作水流量隨之減少，但是功耗卻隨之增加，因此高工作水壓射水抽氣器的經(jīng)濟性不如低工作水壓下的經(jīng)濟性好。.短喉部射水抽氣器的比功耗為1.842.26，長喉部射水抽氣器的比功耗為1.331.76，顯然與短喉部相比，長喉部射水抽氣器的經(jīng)濟性明顯地提高。.在低工作水壓下，長喉部

17、射水抽氣器比短喉部的工作水量的降低量要大于高工作水壓條件下工作水量的降低量，導致在高工作水壓下長喉部射水抽氣器比短喉部的耗功的降低率要小于低工作水壓條件下耗功的降低率，因此表明，在低工作水壓條件下，長喉部射水抽氣器的經(jīng)濟性更為顯著。短喉部射水抽氣除經(jīng)濟性差之外，還存在著結(jié)構(gòu)落后，機械加工工作量大，鑄件毛坯報廢率高，運行時振動噪聲大等缺陷。因此，短喉部射水抽氣器已經(jīng)逐步被長喉部射水抽氣器所代替。不僅如此，喉部長度還對抽氣器的流量比有著較大的影響，通過研究表明，在一定范圍內(nèi)增加喉管的長度，可以提高流量比。(2) 多通道抽氣器。多通道抽氣器采用吸入室內(nèi)有分流室的結(jié)構(gòu)作為主要通道和以小孔群方式組合的輔

18、助通道，以降低氣阻，消除氣相偏流，增加兩相質(zhì)點能量交換；同時應用了新的計算方法，經(jīng)過對比實驗確定了吸入室?guī)缀谓Y(jié)構(gòu)、喉部形狀、喉頸噴嘴面積比、喉頸噴嘴徑比等，并根據(jù)不同抽氣的容量，選擇通道數(shù)及水壓，以獲得最佳截面與流速，實現(xiàn)吸入室的高效率。根據(jù)等截面喉管末端仍具有較高流速及整個喉管之間流速互不干涉原理，該型抽水器實現(xiàn)了喉管下段及出口的分段抽氣；所提供的后置式抽氣器也多為多通道，可供抽吸軸封加熱器之空氣。多通道射水抽氣器和舊型相比，優(yōu)點如下： 渦旋斜切空氣噴嘴，可使水束外的空氣層更加有效地約束高壓水束的擴張，使汽水混合物順利地進入喉部并排至大氣。 圖2-2 斜切空氣噴嘴 渦旋斜切噴嘴的設計，使進入

19、內(nèi)部通道的每個水束發(fā)揮同等高效，解決氣水分布不均，水束做功不均的現(xiàn)象。 該抽氣器的喉部設計了帶緩沖均壓室的聚流口，吸收噪音，減少抽氣器的振動從而進一步提高了抽氣器效率。 抽氣器喉部內(nèi)側(cè)設有擾流螺旋，消除邊界層和氣體析出上飄，加強氣、水混合。結(jié)構(gòu)如圖。 抽氣管喉部上側(cè)空氣管入口處裝有止回閥，可有效地防止汽機停機時凝汽器真空的快速下降。圖2-3 各類型射水抽氣器3射水泵的選型3.1 選型泵的要求泵是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能和動能從而實現(xiàn)流體定向輸送的動力設備。泵的用途各不相同，根據(jù)原理可分為三大類，分別是容積泵，葉片泵和其他類型的泵。容積泵的工作原理是利用工作容積周期性變化來輸送液體，例

20、如：活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齒輪泵、滑板泵、螺桿泵等。葉片泵的工作原理是利用葉片和液體相互作用來輸送液體，例如：離心泵、混流泵、軸流泵、旋渦泵等。離心泵屬于葉片泵，離心泵應用非常廣泛，其特點是：轉(zhuǎn)速高，體積小，重量輕，效率高，流量大，結(jié)構(gòu)簡單，性能平穩(wěn)，容易操作和維修；其不足是：起動前泵內(nèi)要灌滿液體。液體精度對泵性能影響大，只能用于精度近似于水的液體，流量適用范圍：5-20000立方米/時，揚程范圍在3-2800米。離心泵按其結(jié)構(gòu)形式分為：立式泵和臥式泵，立式泵的特點為：占地面積少，建筑投入小，安裝方便，缺點為：重心高，不適合無固定底腳場合運行。臥式泵特點：適用場合廣泛，重心低，穩(wěn)定性好，缺點

21、為：占地面積大，建筑投入大，體積大，重量重。例如：立式泵有DL立式離心泵，DL立式多級泵，潛水電泵。臥式泵有CFW泵、D型多級泵、SH型雙吸泵、B型、IH型、BA型、IR型等。按揚程流量的要求并根據(jù)葉輪結(jié)構(gòu)組成級數(shù)分為：A.單級單吸泵：泵有一只葉輪，葉輪上一個吸入口，一般流量范圍為：5.5-300m2/h，H在8-150米，流量小，揚程低。B.單級雙吸泵：泵為一只葉輪，葉輪上二個吸入口。流量Q在120-20000 m2/h，揚程H在10-110米，流量大，揚程低。A.單吸多級泵：泵為多個葉輪，第一個葉輪的排出室接著第二個葉輪吸入口，以此類推。4射水池的設計和研究4.1 射水池的作用和設計4.1

22、.1 射水池的作用 射水池是射水抽氣系統(tǒng)中不可缺少的一部分，射水池的設計是否合理關系到射水泵和射水抽氣器的效率和能力問題，即關系到機組的經(jīng)濟性問題。射水箱連接著射水抽氣器和射水泵，以射水抽氣器典型系統(tǒng)圖為例：射水泵從射水箱中吸水，從射水箱吸出的水經(jīng)管道由射水泵加壓送如射水抽氣器，壓力水進入射水抽氣器水室（該室防止壓力水進入噴嘴前形成漩渦產(chǎn)生壓力損失）后，再進入射水抽氣器中的噴管，在噴嘴中的水的靜壓力轉(zhuǎn)換成速度能，水以高速通過混合室形成高度真空，從而抽吸凝汽器中不凝結(jié)氣體并與之混合一起進入擴散管，降入升壓后再排入射水箱，在射水箱中不凝結(jié)氣體排入大氣。水在射水箱，管道，經(jīng)射水泵和射水抽氣器中循環(huán)把凝汽器的不凝結(jié)氣體帶出。所以射水箱是射水抽氣的重要組成部分。 1水室 2噴嘴 3吸入室 4汽氣混合物入口管 5收縮管6喉管 7輔助接管 8射水泵 9射水箱 H布置標高圖5-1 射水抽氣系統(tǒng)示意圖4.1.2 射水池的設計（1）射水池容量大小的確定以南京汽輪電機廠機組為