核电运行人员泵结构与诊断培.doc

运彳亍人员 泵结木勾韦诈断培讪Id）1现代工业和核电站用泵介绍1.1前言在现代工业中，泵起着重耍的作用在相当多的工业设施中泵都得到广泛运 用在核电站里，泵的运用也极为广泛，容器与容器Z间流体的传输，都会提出 泵送要求系统处于较低液位或处于较低压力的一•侧，接入泵的入口，作泵的上 游；接收流体的一侧作为泵的下游或者使液体在一个闭式冋路中循环，此时， 泵的能量仅用于克服在冋路中损失的压头，反应堆冷却剂系统正是利用主泵的能 量来克服反应堆冷却剂流经主管道、反应堆和蒸汽发生器循环时的压头损失的闭 式循环的典型例了泵是用来输送流体的设备，泵具体的定义为：水泵是把机械能转变为流体的 势能和动能的一种动力设备这些流体有水、化学溶液、药剂、油类以及液态 金属［例如快中子反应堆有的用金属钠或铅钮合金等高温液态金属作冷却剂］1.2最常用的泵——叶片泵：离心泵或由离心泵演变出来的混流泵、轴流泵;——容积泵：活塞泵、齿轮泵、螺杆泵、薄膜泵等1.3离心泵1.3. 1结构离心泵包括两个最基本的部件：泵壳和旋转组件其中，旋转组件包括轴和 叶轮组件，通常称为泵转子1）叶轮叶轮的功能是将泵从原动机（马达、蒸汽轮机等）得到的动能传给被输送的 流体。

离心泵的叶轮是出轮毂、前后盖板以及夹在两盖板中的叶片组成（详见图1）,叶轮的布置和形状决定了叶轮的流体通道而系统所要求的流量、压头和所 选择的泵转速决定了叶轮的布置和形状因此，到底要采用什么类型的泵星由系 统的要求决定的叶轮的吸入口即为泵的进口叶轮的特性参数有：——吸入口直径——叶轮外径％ 流体入口截面积S|和出口截面积S・2；——叶轮出口宽度b2;——叶片数量2） 泵壳泵壳的功能是：——将流体导向叶轮；——输出流体，并将流体从叶轮得到的动压头转变成静压力泵壳的组成如下：——吸入管； 蜗壳；——出口管除此之外，在图1中可以见到离心泵的其它部件，女口：——叶轮与泵壳之间的密封； 轴承；——叶轮轴与泵壳Z间的轴密封3） 导叶（扩压器一diffuser）冇些离心泵还配冇导叶（扩压器）组件（见图2）扩压器是装在叶轮与蜗壳 之间、与泵轴同心的静止部件，它由若干导叶片构成为了免除泵发生共振，一 般情况下，叶轮的叶片数与导叶的叶片数应该互为质数导叶的弯曲方向与叶轮叶片的弯曲方向相反,这样叶轮打出的流体将在扩压 器上改变方向，沿叶轮的切向流出扩压器的作用是将流体从叶轮吸收的动能转 变为流体的压力势能对于无扩压器的离心泵，动能到势能的转变靠蜗壳来完成。

4）多级泵（图3）有的系统要求泵的出口压头高，并且有相当的流量因此有些离心泵由多级 离心叶轮串联运行的泵构成第二级的进口即第一•级的岀口，第三级的进口，即 为第二级的出口，依此类推各级泵的叶轮均装在同一泵壳的同一轴上，级间流 体的传输在泵壳内完成各级的压头等于总压头除以级数这样的泵称为多级泵在核电站中，这样的多级泵冇喷淋泵（低压安注泵，余热排除泵——JMN10〜 40AP001, A U II C A 750-140 ）、高压安注泵（1JND10AP001KP, A UII A 150-60）、大容量容积和硼酸控制泵（1KBA20AP001KP, AUHA60-185）、补水 系统补给水泵（LCU05AP001KP、A UH A 100-50-2）等等1. 3. 2基本参数泵的主耍基木技术参数有：流量（Q）、总压头（II）、特性曲线、效率和净止 吸入压头NPSH（net positive suction head） □所谓的净正吸入压头是指为避免 液体在泵内汽化所需的最小吸入压头1） 流量：即单位时间泵出的流体量，可以用质量流量血，或体积流量①表示qM：质量流量，kg/s; qv：体积流量，m'/s。

2） 总压头（II）总压头是泵出口压力H2和进口压力Hi之差，即H=H2-Hi （单位:mLH）;如 果打的是水，单位则为山也0（米水柱）总压头代表流体通过泵后的压力升高值压头计算（见图4和图5）：——基准血泵的所有压力特性都是相对于一个基准面而言的，基准面的定义如下：•卧式泵以转轴的轴线为基准面•立式泵的基准面由制造商指定（例如可以指定第一级叶轮的轴线平面或 第一级叶轮吸入边缘所在平而等等） 吸入压头ILi：PgPS口 _ (Pascals) _ iO5 (bars) H加i - -式中:Pi:泵入口端真空表记录的负压力值或压力表记录的压力值（注意：要用测 点与基准面的高度差修正到基准面的压力）；P :液体的密度；g : 重力加速度图4和图5给出了泵入口分别处于正压力和负压力情况下压头计算的例 To——出口压头乩2：_ P2 (Pascals) _ IO2" P2(bars)H〃】2 =・Pg Pg式中,p2:泵出口压力表的读数通过修正得到的在基准面上的压力值吸入AJ、丿头Hi:v2式中,乙：入口管中心线相对于基准面的高度;v1：入口压力测点处流体的平均速度出口总压头h2：式中,z2:出口管中心线相对于基准面的高度;v2:出口压力测点处流体的平均速度。

总压头II :V2 - V2H=Z2-Z^Hm2-Hml=^—^h 2g令Di和D2分别是P]和P2测点处流体主管道的内径，则冇:7TX D~ ~ 7TX D[2.3.2 特性曲线H (Q)：泵的特性曲线给出了泵的总压头H与流量Q的变化关系，即：H=f(Q).泵的总压头随泵的转速上升而提高泵的特性曲线是在泵的给定转速下作岀 的图6是泵的特性曲线的例子2.3.3 效率泵的效率“是泵的实际岀力Pu与泵的轴端吸收的功率之比：耳丄PP是在联轴器处测得的电机传给泵的功率出力计算：泵的实际出力Pu是泵传递给流体的功率pu = gxq^xH = gxpxqv xH式中，Pu：功率(瓦人g：重力加速度；qm：质量流量；qv：体积流量；H： 总压头效率曲线〃(2)：泵的效率随流量而变化，效率曲线的最大值是泵可以达到的最高效率（图6）5）净正吸入压头NPSHr：NPSHr是对泵的吸入压力提出的技术要求值，由制造厂商指定实际净正吸入压头NPSHa由装置的尺寸所决定，可以实地测出实际净正吸入压头低于厂商捉出的NPSHr,泵将不能正常工作，气蚀现彖也 将加剧测算泵的实际净止吸入压头NPSHa的目的就是为了确认它不低于制造 商的规定值，以避免气蚀危险。

实际净正吸入压头NPSHa按下式计算：NPSHa =105xPh~PyPS式中，Pb :大气压力;Pv :流体汽化饱和压力（由入口介质的温度决定）；H]:总吸入压头；p :流体的密度；g :重力加速度实际设计泵时要考虑一定的安全裕度：NPSHa > NPSHr+裕度或 NPSHd >1.3 NPSHr如图6, NPSH是随流量的增大而提高的气蚀定义：气蚀是发生在泵内的一种现象，当被泵送的流体温度升高或进口压力降低 时，流体局部区域由于达到或低于饱和汽化压力而汽化生成细小汽泡，这些汽泡 在被叶轮送到压力较高的区域后重新凝结时会对叶轮、泵壳表面造成机械损伤 这个过程叫气蚀气蚀的影响：泵特性降低；噪音增大；由于冲蚀导致设备寿命降低1.2.3不同转速下泵的特性参数泵的特性参数是随泵的转速而改变的对于一给定的泵而言，其在转速下与m转速下的特性存在着下列关系:2« = 2.—NPSHNPSHS—)2Yl 3= p、(—)n\〃()=7|以上公式在下列条件满足时才能适用：——流体必须是干净的水或动力粘度低于10x10" m2/sec的均匀液体；——对于NPSH、功率、效率的关系式，须满足以下条件：O.8no < n < 1.2n0().80 y 20)——对于总压头的关系式，须满足以下条件：0.5/7() < nx < 1.2«()1.2.4 离心泵的运行2.1.1 离心泵的工作点设离心泵的轴线位于水平面N,泵进口侧的液位水平面N“，凡与N的垂直距离为ha；泵出口侧的液位水平面为Nrl, Nrl与N的垂直距离为hr](见图7)。

则ha为泵的吸入压头，h门为泵的出口压头，力=心+们为泵的总静压头，它与泵所 处的水平面N的高低无关对于泵来说，它应能：——将Na平面的液体提升到Nri；——同时还要克服流阻的压力损耗，这些流阻来口于管道、阀门和Na和N“之间 的装配部件流阻与管道长度成正比，与流量的平方成正比流阻以所泵送的流 体的压头來度量如图7所示，横坐标为流量，纵坐标为总压头（包括静动两部分），总压 头为Oh】,与流量无关（流量为零时的总压头）流阻带来的压头损失以0C曲线 表示泵所需要的总压头必须等于或大于总静压头Oh】加流阻图7中h］D|即 为不同流量卜•泵所需的总压头h|D］曲线又叫泵的运行曲线在Q流量下泵的总压头为QiFj,点R应该同 是泵的特性曲线H°E上的一个点这个H°E与h,D|的交点叫做泵的工作点如果N「i降至Nq即h降至h2,则运行曲线由h］D］变为h2D2,泵的工作点 由F］变到F2在F2上的运行点上，泵的流量从Q升到Q?，总压头从H］降到 H2o（2）离心泵流量调节——通过改变运行曲线的方法进行调节:通过改变系统的流阻，可以改变泵的运行曲线改变流阻可以通过在泵 的出口加装调节阀门來实现图8给出了调节阀门在以下不同位置吋泵的运行曲线：☆曲线I-阀门全开，☆曲线11-—阀门微关，☆曲线III——阀门半关,☆曲线TV 一—阀门全关。

上述四条运行曲线分别与泵的特性曲线在A、F2. F,几相交，这四个 点即对应于阀门不同开度的泵的运行点（流量不同），在阀门关闭过程中, 泵的工作点从F】移到叫——通过改变泵转速的方法调节可以通过改变泵的转速来改变流量做法是：在泵和驱动电机Z间加调 速器，或采用速度可调的汽轮机驱动（见图9）当泵的速度逐渐从升到n5,泵的工作点将沿曲线从R到Ko当泵的流量达到和超过一定限度时，就会发生气蚀，其现象是噪音异常 巨大以及泵的出口压力突降图9中的阴影区是泵的工作点不允许的区域，以防气蚀发生3） 具有多台泵同吋运行的冋路：——串联运行多台泵串联运行时，各泵的流量相同：Q=Q]=Q2=Q3= o总压头等于各泵的压头Z和: h = h^h2 + h3 +…..…o——并联运行总流量等于各泵的流量Z和：Q=Q1+Q2+Qs+••…各泵的压头是相同的： H = H}=H2 = H.=……o（4） 低流量旁路阀在泵运行过程中，如果出口调节阀完全关闭，泵的出口流量降至零，出口 压头达到最大值Hm o此时，泵对外做功为零，停留在泵内的流体在叶轮的扰动下继续发热，其 后呆可能导致：——流体急剧升温至沸点，紧接着汽化，而引发气蚀迅速地损坏设备；——泵的异常升温，泵内的运动部件会发生异常的热膨胀。

所以应当采取措施使离心泵在运行时不发生“零流量”的情况为了这个 目的，在泵的出口侧设置了低流量旁路阀，当泵的出口流量低于一定值时，低 流量阀会自动打开，将流体排往泵的进口侧，使泵的出口能维持一定的流量这个流量可以防止水和泵内件异常过热O（5）罔心泵的起动注水离心泵必须在泵内和出口管充满流体的情况下才能正常起到泵送功能，。