值长要的论文射水抽气系统的设计

1、目 录1绪论11.1 选题的目的及意义11.2 抽气设备的概述21.3 射水抽气系统的发展31.4 射水抽气系统设计方法42射水抽气器理论研究52.1射水抽气器简介和特点52.1.1 射水抽气器的型式52.1.2 结构52.1.3 连接方式62.1.4 喉部结构特征对射水抽气器工作性能的影响73射水泵的选型103.1 选型泵的要求104射水池的设计和研究114.1 射水池的作用和设计114.1.1 射水池的作用114.1.2 射水池的设计121绪论汽轮机设备在启动和正常运行过程中，都需要将设备（特别是凝汽器）和汽水管路中的不凝结气体及时抽出，以维持凝汽器的真空，改善传热效果，提高汽轮机设备的热

2、经济性。因此，由抽气设备，管道，阀门等组成的抽气系统是凝气设备中非常重要的组成部分。射水抽气系统是由射水抽气器，射水池，射水泵，凝汽器，阀门，管道为主要部件构成的。射水抽气器广泛作为于火电厂汽轮机凝汽的抽气设备。1.1 选题的目的及意义我国一些背压或凝气式汽轮机常采用射水抽气器作为抽气设备，采用射水抽气器的好处是简化抽气系统和热力系统，噪音低，安全可靠。射水抽气系统的主要关键部件是射水抽气器。对于低水头的射水抽气器，其优点更为突出，还可以辅助抽气器，系统简化，结构紧凑，喷嘴直径大，易于加工制造，运行中不易堵塞，维修方便，运行可靠，功率大，质量小，价格低廉，能获得更高一些的真空度。另外，射水抽气

3、系统是保证汽轮机正常运行的系统之一，因而该系统的良好设计是保证汽轮机安全经济运行的重要一环，不容忽视。与射汽式抽气器比较，采用射水式抽气器能够节省消耗在射汽式抽气器的蒸汽量，且不需要冷却器，提高了电厂的经济性。射汽抽气器工作蒸汽是从新蒸汽节流而来，因此产生节流损失，从效率上考虑是不经济的；如果射汽抽气器与单元制机组配套，当这种机组采用冷态滑参数启动方式时，还需要为射汽抽气器准备汽源。通过研究表明，综合射水抽气器和射汽抽气器相比较优点主要有以下三个方面：(1) 射水抽气器不消耗蒸汽，射水抽气系统更为经济方便。(2) 在同一台机组上，使用射水抽气器比使用射汽式抽气器效果好。两种抽气器在抽吸同样的空

4、气量时，射水式抽气器可以在凝汽器喉部获得较高的真空度。(3) 在抽气负荷增大时，射水抽气器的工作要比射汽抽气器稳定。对于中小型火电机组凝汽器，抽气器选用射水抽气器更为合理和经济。因为射水抽气器对凝汽的真空和工作效率有着直接的影响，所以只有射水抽气系统合理高效的工作，才能正常的维持机组的真空度，汽轮机组才能正常的工作。因此对射水抽气器的研究对于维持汽轮机凝汽器真空，改善传热效果，提高汽轮机设备的热经济型是很重要的。并且对射水抽气系统设计研究对射水抽气系统的发展和汽轮机组的发展也有着重要的意义。1.2 抽气设备的概述用于汽轮机凝汽器的抽气器其工作特点：一是抽吸的真空并不要求很高，为了维持凝汽器在多

5、种工况下正常工作，其抽吸压力一般在0.002670.0533MPa就可以了；二是抽气速率和抽气量都很大，且抽出的介质为汽气混合物。抽气器的任务就是将漏人凝汽器内的空气和蒸汽中所含的不凝结气体连续不段地抽出，保持凝汽器始终在高度真空下运行，抽气器运行状况的优劣，影响着凝汽器内绝对压力的大小，对机组的安全，经济运行起着重要的作用。抽气器设备的型式很多，按其工作原理可分为容积式（或称机械式）和射流式两大类。射水抽气器属于射流式抽气器，这是利用具有一定压力的流体，在喷管中膨胀加速，以很高的速度将吸入室内的低压气体吸走。射流式抽气器没有运动部件，制造成本低，运行稳定可靠，占地面积小，能在较短时间内（通常

6、56min）建立起所需要的真空，且可回收凝结水。抽气器型式的选择主要根据汽轮机设备的情况和抽气设备的特点来考虑。例如，对于高中压母管制额定参数启动的机组，工作蒸汽来源方便，多采用射汽式抽气器。而对于高参数大容量单元制机组，若采用射汽式抽气器，则因其过载能力小，需要另设启动抽气器，滑参数启动时，还需要有其他工作蒸汽来源，使系统复杂，经济性下降；而采用射水抽气器，则管道系统简单，维护工作量少，启停快，但需要配射水泵和专用水箱，占据空间也比射汽式大。采用机械式抽气器则启停灵活、效率高、但地少，但造价高，维护工作量较射流式大。欧美等国电站采用机械式抽气器较多。目前，我国生产设计的非再热机组、中小型机组

7、用射汽抽气器，单元制一般用射水抽气器。由于一些机组抽气器运行时间较长，进行了一些改造，最近几年大有把真空泵引入中小型机组的趋势。1.3 射水抽气系统的发展 射水抽气器的出现已有一百多年历史，但普遍用于汽轮机组凝汽器上是从本世纪年代初开始的。最早使用的是瑞士勃郎一鲍浮利 （B、B、C）工厂生产的汽轮机组上，后来为其它国家所广泛采用,在抽气器发展史上沿用了四十多年其构造无多大改变。射水抽气器的最初形式是单通道短喉部射水抽气器，最早使用的是瑞士勃郎一鲍浮利 （B、B、C）工厂生产的汽轮机组上，后来为其它国家所广泛采用,在抽气器发展史上沿用了四十多年其构造无多大改变。单通道短喉部射水抽气器抽气器在世界

8、各国从20年代初一直沿用到60年代中期。70年代初,国产大型凝汽式汽轮机所配套的射水抽气器，这种型式与旧勃郎一鲍浮利式这种抽气器在结构上有改进,但仍无重大突破。压缩效率低于25,抽吸每公斤耗功高达3.5kW。50年代末,苏联全苏热工研究所提出了四喷嘴抽气器的改革方案,并作了多次试验台及工业性试验,目的是提高旧式抽气器效率。该型抽气器的构造特点是：（1）水喷嘴由一只改成四只,而总截面积基本不变；（2）空气进口由单侧改成双侧,对称排列,避免单侧进气时射流喷入喉管的气相偏流。实验证明这种偏流确实存在。由单喷嘴改为四喷嘴基于,当时人们对抽气器工作原理的认识：工作水由喷嘴射人吸人室,由于水流束对气体的粘

9、滞作用,水束将气体带人喉管,使吸人室形成真空,而水束在吸人室中尚未来得及破碎成小滴,所以只有水束的外缘才能对气体产生较强的粘滞作用。在喷嘴总面积不变的情况下,增加喷嘴数目,将使水束在吸人室的分布更趋均匀,其外缘对气体的附吸、粘滞作用更强烈。这一改进未能达到预期的效果，这是因为采用多喷嘴,对于液一液一相喷射泵,确是能提高效率（例如汽轮机的注油器）。但使用在水一气两相流的射水抽器中,效果则不明显,往往还产生了更为严重的喉口冲击,虽然单侧进气改为双侧进气能有效地改变气体进人喉管时的偏流。该型抽气器未能得到普遍推广。70年代,很多国家都对抽气器的工作原理进行了深人研究。原苏联“全苏热工研究所”较早发表

10、这一成果,他们在液流能量方程的基础上导出了射水抽气两相流的能量平衡方程,从理论上首先定量地阐明了长喉管对抽气器工作的作用。80年代中期为了适应大型汽轮机组的发展需要。全苏热工研究所将抽气器加以改进,将原有的扇形通道改成圆形,并以此作为母型进行一系列的对比试验。在理论上采用了一套较为合理的计算方法。研制成了一种七通道长喉型抽气器。随着技术的进步科技的发展，射水抽气系统中的关键部件射水抽气器有了较大的进步和发展，在我国目前较为先进的是低耗搞笑多通道抽气器，这种抽气器的特点主要是：一、多通道抽气器具有结构简单无机械传动，使用安全，运行寿命长，噪声低，投资少；二、对水质要求较低，运行部件不结垢；三、具

11、有良好的启动型，小能耗、高效率、建立真空快；四、具有余速抽气性能，可抽吸轴封加热器气体。1.4 射水抽气系统设计方法本次设计是根据所选汽轮机凝汽器的型号为标准设计相应的射水抽气系统。经过计算和查表，由凝汽器的型号参数先确定射水抽气器的容量。当射水抽气器的容量大小确定后，即可对该系统的设计安装进行研究和分析。由射水抽气器的大小对射水泵和阀门进行选型，本次设计射水泵设两台，一台运行一台备用，备用泵应按照自启动设计。同时对射水池进行设计，确定射水池的大小容量，射水池要采用合理的结构满足系统需求，射水池要尽可能的结构简单，方便维修，节约场地。射水抽气器，射水池，射水泵，阀门都设计完毕后对管道进行选型，

12、管道要简单，布置合理，节约能耗。最后对射水抽气系统进行安装。这就是本次射水抽气系统的设计方法。2射水抽气器理论研究射水抽气器是射水抽气系统的关键设备，。主要由工作水入口室，喷嘴，混合室，扩散管和逆止门等部件组成，工作原理是：由射水泵供给的压力水，通过进水管进入水室后，再进入喷嘴。在喷嘴中水的静压力能转换成速度能，水以高速通过混合室形成高度真空，抽吸凝汽器中的不凝结气体并与之混合一起进入扩散管，降入升压后排入射水池。在射水池中，不凝结气体逸出大气。射水抽气器的选择对系统是至关重要的。2.1射水抽气器简介和特点 射水抽气器的型式一般的，目前我国电站等设备多用的射水抽气器有以下几种型式：(1) 长喉

13、部射水抽气器。这种射水抽气器的特点是喉管长度与喉管截面直径比值不小于18。效率要比短喉射水抽气器高，应用也极其广泛。(2) 短喉部射水抽气器。短喉管部射水抽气器的喉管长度与喉管截面直径比值为25的射水抽气器。(3) 单通道射水抽气器，单通道射水抽气器即为单个喉管的射水抽气器。(4) 多通道射水抽气器，多通道射水抽气器是指有两个或两个以上通道的射水抽气器。 结构我国设计制造的高压凝气式机组中，较多的是用射水抽气器作抽气设备。图为典型的射水抽气器，它主要由工作水入口水室、喷嘴、混合室、扩压管和止回阀等组成。在喷嘴前安装有水室，以防止工作水在进入喷嘴前形成漩涡，并提高喷嘴的工作性能。工作水压保持在0

14、.20.4MPa，由专用的射水泵供给。压力水经过水室进入喷管，喷管将压力水的压力能变成速度能，以高速射出。在混合室内形成高度真空，使凝汽器内的气、汽混合物被吸入混合室，在混合室内，气、汽混合物和水混合后一起进入扩压管。工作水在扩压管中流速逐渐降低，由速度能转变成压力能，最后在扩压管出口其压力升至略高于大气压力而排出扩压管进入冷却池。为防止升压泵发生事故，使供水压力降低，导致喷嘴的工作水吸入凝汽器中，必须在射水抽气器的气。汽混合物的入口装有止回阀。1 工作水入口 2.喷嘴 3.混合室 4.扩压管5.逆止阀 6.上水室 7.水室平衡孔图2-1 射水抽气器 连接方式射水抽气器在系统中的连接方式通常有

15、两种：一种方式是开水供水方式，工作用射水泵从凝汽器循环水入口管引出，经抽气器后排出的汽、水混合物引到循环水出水管中；另一种方式是系统设有专门的工作水箱，水箱给射水抽气器提供工作水，工作水在射水抽气器内喷射抽气后从夹带着凝汽器的未凝结空气和漏人空气流回水箱，这种方式叫做闭式供水方式。由于受水源的限制，一般热力发电厂都采用闭式供水方式。 喉部结构特征对射水抽气器工作性能的影响（1）喉部长度的影响。研究成果表明，提高射水抽气器经济性的关键在于其喉部获得水、气混合物的临界流动工况，而临界流动工况的实现又以在喉部水、气混合物完全充满，并在压缩增压前混合的均匀程度达到足够高的条件为前提。在长喉部射水抽气器

16、中，正由于喉部有足够的长度在一定的流体参数和几何参数下足以使水、气混合物的流动逐渐趋于均匀而获得临界流动工况，此时，复环流损失及突然压缩损失均可达到最小值，提高射流效率。这一点在短喉部射水抽气器中是达不到的。因而大大节省了功耗。短喉部射水抽气器和长喉部射水抽气器的对比：.无论是长喉部还是短喉部射水抽气器，随着工作水压力的增高，虽然工作水流量随之减少，但是功耗却随之增加，因此高工作水压射水抽气器的经济性不如低工作水压下的经济性好。.短喉部射水抽气器的比功耗为1.842.26，长喉部射水抽气器的比功耗为1.331.76，显然与短喉部相比，长喉部射水抽气器的经济性明显地提高。.在低工作水压下，长喉部

17、射水抽气器比短喉部的工作水量的降低量要大于高工作水压条件下工作水量的降低量，导致在高工作水压下长喉部射水抽气器比短喉部的耗功的降低率要小于低工作水压条件下耗功的降低率，因此表明，在低工作水压条件下，长喉部射水抽气器的经济性更为显著。短喉部射水抽气除经济性差之外，还存在着结构落后，机械加工工作量大，铸件毛坯报废率高，运行时振动噪声大等缺陷。因此，短喉部射水抽气器已经逐步被长喉部射水抽气器所代替。不仅如此，喉部长度还对抽气器的流量比有着较大的影响，通过研究表明，在一定范围内增加喉管的长度，可以提高流量比。(2) 多通道抽气器。多通道抽气器采用吸入室内有分流室的结构作为主要通道和以小孔群方式组合的辅

18、助通道，以降低气阻，消除气相偏流，增加两相质点能量交换；同时应用了新的计算方法，经过对比实验确定了吸入室几何结构、喉部形状、喉颈喷嘴面积比、喉颈喷嘴径比等，并根据不同抽气的容量，选择通道数及水压，以获得最佳截面与流速，实现吸入室的高效率。根据等截面喉管末端仍具有较高流速及整个喉管之间流速互不干涉原理，该型抽水器实现了喉管下段及出口的分段抽气；所提供的后置式抽气器也多为多通道，可供抽吸轴封加热器之空气。多通道射水抽气器和旧型相比，优点如下： 涡旋斜切空气喷嘴，可使水束外的空气层更加有效地约束高压水束的扩张，使汽水混合物顺利地进入喉部并排至大气。 图2-2 斜切空气喷嘴 涡旋斜切喷嘴的设计，使进入

19、内部通道的每个水束发挥同等高效，解决气水分布不均，水束做功不均的现象。 该抽气器的喉部设计了带缓冲均压室的聚流口，吸收噪音，减少抽气器的振动从而进一步提高了抽气器效率。 抽气器喉部内侧设有扰流螺旋，消除边界层和气体析出上飘，加强气、水混合。结构如图。 抽气管喉部上侧空气管入口处装有止回阀，可有效地防止汽机停机时凝汽器真空的快速下降。图2-3 各类型射水抽气器3射水泵的选型3.1 选型泵的要求泵是将原动机的机械能转换成流体的压力能和动能从而实现流体定向输送的动力设备。泵的用途各不相同，根据原理可分为三大类，分别是容积泵，叶片泵和其他类型的泵。容积泵的工作原理是利用工作容积周期性变化来输送液体，例

20、如：活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、滑板泵、螺杆泵等。叶片泵的工作原理是利用叶片和液体相互作用来输送液体，例如：离心泵、混流泵、轴流泵、旋涡泵等。离心泵属于叶片泵，离心泵应用非常广泛，其特点是：转速高，体积小，重量轻，效率高，流量大，结构简单，性能平稳，容易操作和维修；其不足是：起动前泵内要灌满液体。液体精度对泵性能影响大，只能用于精度近似于水的液体，流量适用范围：5-20000立方米/时，扬程范围在3-2800米。离心泵按其结构形式分为：立式泵和卧式泵，立式泵的特点为：占地面积少，建筑投入小，安装方便，缺点为：重心高，不适合无固定底脚场合运行。卧式泵特点：适用场合广泛，重心低，稳定性好，缺点

21、为：占地面积大，建筑投入大，体积大，重量重。例如：立式泵有DL立式离心泵，DL立式多级泵，潜水电泵。卧式泵有CFW泵、D型多级泵、SH型双吸泵、B型、IH型、BA型、IR型等。按扬程流量的要求并根据叶轮结构组成级数分为：A.单级单吸泵：泵有一只叶轮，叶轮上一个吸入口，一般流量范围为：5.5-300m2/h，H在8-150米，流量小，扬程低。B.单级双吸泵：泵为一只叶轮，叶轮上二个吸入口。流量Q在120-20000 m2/h，扬程H在10-110米，流量大，扬程低。A.单吸多级泵：泵为多个叶轮，第一个叶轮的排出室接着第二个叶轮吸入口，以此类推。4射水池的设计和研究4.1 射水池的作用和设计4.1

22、.1 射水池的作用 射水池是射水抽气系统中不可缺少的一部分，射水池的设计是否合理关系到射水泵和射水抽气器的效率和能力问题，即关系到机组的经济性问题。射水箱连接着射水抽气器和射水泵，以射水抽气器典型系统图为例：射水泵从射水箱中吸水，从射水箱吸出的水经管道由射水泵加压送如射水抽气器，压力水进入射水抽气器水室（该室防止压力水进入喷嘴前形成漩涡产生压力损失）后，再进入射水抽气器中的喷管，在喷嘴中的水的静压力转换成速度能，水以高速通过混合室形成高度真空，从而抽吸凝汽器中不凝结气体并与之混合一起进入扩散管，降入升压后再排入射水箱，在射水箱中不凝结气体排入大气。水在射水箱，管道，经射水泵和射水抽气器中循环把凝汽器的不凝结气体带出。所以射水箱是射水抽气的重要组成部分。 1水室 2喷嘴 3吸入室 4汽气混合物入口管 5收缩管6喉管 7辅助接管 8射水泵 9射水箱 H布置标高图5-1 射水抽气系统示意图4.1.2 射水池的设计（1）射水池容量大小的确定以南京汽轮电机厂机组为