給水泵最低灌注高度的確定

給水泵最低灌注高度的確定

一、當(dāng)給水溫度為65時(shí),有條件下,有灌放器的灌注頭參數(shù)關(guān)于確定熱泵系統(tǒng)中的熱泵安裝高度，不同的技術(shù)法規(guī)和技術(shù)數(shù)據(jù)討論了不同的設(shè)計(jì)方法，并存在不同的計(jì)算方法。其中在20世紀(jì)60年代出版的一本設(shè)計(jì)規(guī)范里有這么一段文字“……當(dāng)給水溫度為105℃時(shí),給水泵最低灌注頭為6m,當(dāng)給水溫度為110℃時(shí),給水泵最低灌注頭為11m”,實(shí)際上這種說法是缺乏依據(jù)的。目前在我國,不論是鍋爐給水系統(tǒng)或輪胎行業(yè)的硫化熱水循環(huán)系統(tǒng),如果是采用蒸汽熱力除氧方式的,熱水泵安裝在±0.0標(biāo)高建筑層面時(shí),普遍都把熱力除氧器安放在+7.5m標(biāo)高的建筑層面上,以防熱水泵發(fā)生汽蝕。是否都需要7.5m高的建筑平臺來安放除氧加熱器呢?下面通過對某熱力除氧給水系統(tǒng)的分析,結(jié)合熱水泵的汽蝕性能特點(diǎn),推導(dǎo)出熱水泵安裝倒灌高度的計(jì)算方法。二、泵的液壓條件及泵的要求水泵的安裝方式可以吸上,也可以倒灌,這要根據(jù)泵的汽蝕余量要求和使用工況而定。對熱水泵,輸送的介質(zhì)為熱水,容易發(fā)生汽化,為了保持在泵進(jìn)口有較高的壓頭,避免發(fā)生汽蝕,所以熱水泵一般采用倒灌的安裝方式來提高介質(zhì)在泵進(jìn)口處的位置水頭(勢能)。熱力除氧給水系統(tǒng)的管路示意圖如下圖所示,對該熱水循環(huán)系統(tǒng),泵的進(jìn)口水箱就是除氧加熱器,除氧加熱器內(nèi)的壓力等于相應(yīng)溫度下熱水的飽和壓力(汽化壓力)pv。從圖中的除氧加熱器液面到泵進(jìn)口法蘭處的A點(diǎn)之間,建立流體能量平衡方程式(伯努力方程式)得:式中H——除氧加熱器液面到泵進(jìn)口法蘭中心的高度,也就是泵的灌注高度;pV——除氧器內(nèi)的壓力,熱水對應(yīng)溫度下的汽化壓力;pS——泵進(jìn)口法蘭處的壓力;vS——泵進(jìn)口法蘭處的流速;Σhc——泵進(jìn)口裝置所有水頭損失之和。根據(jù)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的汽蝕特性,要保證泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會發(fā)生汽蝕至少要求在泵進(jìn)口法蘭處單位重量液體的能量水頭(以下簡稱為能量水頭)必須大于對應(yīng)溫度下液體的汽化壓頭,記作:但在泵進(jìn)口法蘭處液體的能量水頭僅僅大于汽化壓頭還是不夠的,還不能完全保證不會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象,因?yàn)閺谋眠M(jìn)口法蘭處至葉輪葉片之間仍存在阻力和沿程損失,液體能量水頭還會進(jìn)一步降低,在葉輪葉片對液體做功之前的某一點(diǎn)(一般在葉片進(jìn)口邊的背面)流體的壓力水頭達(dá)到最低值,液體不發(fā)生汽化的條件是最低壓力水頭仍要大于對應(yīng)溫度下的汽化壓頭。這樣在泵進(jìn)口法蘭處液體的能量水頭要比汽化壓頭大,而且還要有一定的余量,這個(gè)余量足夠用來彌補(bǔ)從泵進(jìn)口法蘭處到最低能量水頭處之間的水頭損失,這樣才能確保在泵內(nèi)任何一點(diǎn)流體的能量水頭均高于汽化壓頭,泵才不會汽蝕,這個(gè)余量稱為泵的必需汽蝕余量,記作Δhr,這樣泵不發(fā)生汽蝕的精確條件應(yīng)為:式(3)移項(xiàng)得:式(4)左邊記作Δha把Δha稱為裝置汽蝕余量。式(4)寫成式(5)稱為水泵汽蝕條件方程式。通過上面分析,泵的必需汽蝕余量(Δhr)是指泵進(jìn)口法蘭處到葉輪葉片間的水頭損失,這部分水頭損失與泵進(jìn)口部分的運(yùn)動(dòng)參數(shù)有關(guān),運(yùn)動(dòng)參數(shù)是由泵的轉(zhuǎn)速,流量,進(jìn)水室、葉輪入口和葉片進(jìn)口部分的幾何形狀等因素決定的,是泵的本身特性,與外部裝置沒有關(guān)系,同一臺泵,不論何種液體(除黏度很大、影響速度分布外),安裝在不同系統(tǒng)中,泵的必需汽蝕余量都保持不變。泵的必需汽蝕余量是為了保證泵不發(fā)生汽蝕要求泵進(jìn)口處單位重量液體所具有超過汽化壓力水頭的富裕能量水頭,即要求泵進(jìn)口裝置提供的最小汽蝕余量,換句話說是指泵對外部條件的要求,要求系統(tǒng)裝置提供流體在泵進(jìn)口處具有高出汽化壓頭以外的能量水頭,才能保證液體不發(fā)生汽化現(xiàn)象。所以,僅當(dāng)Δha>Δhr時(shí),泵不發(fā)生汽蝕;當(dāng)Δha=Δhr時(shí),泵剛好發(fā)生汽蝕(最低能量水頭正好等于汽化壓頭):當(dāng)Δha<Δhr時(shí),泵發(fā)生嚴(yán)重汽蝕。正常情況下用Δha=Δhr時(shí)的臨界情況來計(jì)算泵的安裝條件。由式(1)得:從(6)式可以看出熱力除氧給水系統(tǒng)熱水泵的倒灌高度只與泵的必需汽蝕余量Δhr有關(guān),與泵進(jìn)口管路系統(tǒng)的水頭損失Σhc有關(guān),而與熱水的溫度無關(guān)。實(shí)際上對該熱力除氧給水系統(tǒng),泵的進(jìn)口水箱為熱力除氧加熱器,除氧器內(nèi)的壓力為對應(yīng)溫度下熱水的汽化壓力(飽和壓力),熱水溫度越高,對應(yīng)除氧加熱器內(nèi)的汽化壓力也越大。熱水泵倒灌水頭除克服進(jìn)口管路水頭損失以外剩余水頭還要高于泵的汽蝕余量,泵就不會發(fā)生汽蝕現(xiàn)象,泵進(jìn)口管路的水頭損失和泵的必需汽蝕余量都與熱水的溫度無關(guān)。所以泵的灌注高度與熱水溫度無關(guān),不論是105℃、120℃還是180℃的熱水,只要同一臺水泵,其倒灌高度都是一樣的。一般考慮0.3~0.5m的安全裕量,這樣熱水泵安裝灌注高度舉個(gè)例子,如果熱水泵的必需汽蝕余量Δhr=3.5m,泵進(jìn)口管路的水頭損失Σhc=1.5m,取安全裕量0.3m,熱水泵灌注高度:這個(gè)灌注高度是指除氧加熱器液面至泵進(jìn)口處的高度,不是指樓面的高度,也不是指除氧加熱器底部的高度,假如除氧器內(nèi)的液面高出樓面有2m,且能保持高水位,除氧加熱器的安裝高度只要3.3m即可。對比較簡單的泵進(jìn)口管路,進(jìn)口水頭損失一般在1m左右,所以對汽蝕余量為3.5m的熱水泵,以上計(jì)算得到的安裝灌注高度是比較安全的。熱水泵的汽蝕余量是熱水泵的主要性能參數(shù)之一,對于泵的使用非常重要。泵的汽蝕余量一般是通過泵的汽蝕試驗(yàn)來確定,試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)也比較可靠,泵制造廠家把每臺泵的汽蝕余量(設(shè)計(jì)工況點(diǎn))或汽蝕余量曲線標(biāo)注在產(chǎn)品樣本上,用戶可以根據(jù)實(shí)際使用工況來確定泵的汽蝕余量。泵的必需汽蝕余量小,說明流體經(jīng)過泵進(jìn)口部分的壓力降小,泵的汽蝕性能好,但泵的汽蝕余量也不是越小越好,泵的汽蝕性能與泵的效率之間有一定內(nèi)在聯(lián)系,一般情況下,汽蝕余量小的泵效率也比較低。三、除氧器的進(jìn)口、灌注和控制從式(7)可以看出要降低熱水泵倒灌高度有以下措施。1)選用汽蝕余量小的熱水泵,Δhr越小,灌注高度H也就越小。2)改善熱水泵進(jìn)口管路系統(tǒng),減小進(jìn)口管路的水頭損失,進(jìn)口管路要盡可能簡單,適當(dāng)增大進(jìn)口管徑,不要在泵進(jìn)口管路安裝過濾器等。3)灌注頭是指除氧器液面到熱水泵進(jìn)口的高度,為降低除氧器的安裝高度可以把除氧加熱器制成高扁形,并設(shè)水位控制裝置保持除氧器內(nèi)的高水位。4)在泵的進(jìn)口處,安裝誘導(dǎo)輪,熱水在進(jìn)入葉輪之前,經(jīng)誘導(dǎo)輪增壓,提高液體的能量水頭,相對提高了裝置汽蝕余量。針對熱力除氧系統(tǒng),如果管路設(shè)計(jì)合理,選用熱水泵的汽蝕余量在3m以下的,除氧加熱器與熱水泵完全可以安裝在同一建