專利名稱：供水泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在原子發(fā)電廠或者火力發(fā)電廠等所使用的供水泵系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，例如在原子發(fā)電設(shè)備或者火力發(fā)電設(shè)備中，采用冷凝水供水系統(tǒng)。圖6是表示在以往的發(fā)電設(shè)備中的冷凝水供水系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例的模式圖，例示的是原子發(fā)電設(shè)備的情況。在圖中，利用從圖中未示的原子爐生成的熱量而在蒸氣發(fā)生器1中產(chǎn)生的蒸氣，對(duì)高壓蒸氣渦輪機(jī)2和低壓蒸氣渦輪機(jī)3進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，由此，發(fā)電機(jī)4進(jìn)行發(fā)電。又，當(dāng)火力發(fā)電時(shí)，使用鍋爐替代原子爐。
通過(guò)這些蒸氣渦輪機(jī)而進(jìn)行發(fā)電蒸氣，利用冷凝水器5和圖中未示的海水進(jìn)行熱交換，凝結(jié)變?yōu)槔淠髸簳r(shí)儲(chǔ)存在冷凝水器5內(nèi)。暫時(shí)儲(chǔ)存在冷凝水器5內(nèi)的冷凝水，通過(guò)相互并列設(shè)置的2臺(tái)冷凝水泵6增壓，而且，通過(guò)和上述冷凝水泵6串連接續(xù)、相互并排設(shè)置的2臺(tái)冷凝水增壓泵7進(jìn)一步增壓。
然后，通過(guò)脫氣器水位控制閥10在加熱器11處被加熱后，流入脫氣器12。流入到脫氣器12的冷凝水，通過(guò)供水增壓泵13a以及供水泵13b而增壓，在加熱器14處加熱后，被供至蒸氣發(fā)生器1中。要求該原子能發(fā)電設(shè)備的供水增壓泵，即使在因原子爐冷卻而使脫氣器壓力急劇下降的載荷快速減少時(shí)，也不發(fā)生跳閘而保持繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
因此，以往，為了緩和脫氣器的壓力降低并且縮短向供水增壓泵輸送冷凝水的延遲，確保NPSH(Net Positive SuctionHead凈有效吸入水頭)，使用所謂的NPSH控制器(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。NPSH控制器，是集冷凝水節(jié)流、脫氣器輔助蒸氣注入以及泵最低流量運(yùn)轉(zhuǎn)于一身的控制系統(tǒng)，具體進(jìn)行以下的控制。
首先，在遮斷載荷時(shí)，因?yàn)槠匠＿\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)加熱脫氣器的渦輪取汽被遮斷，所以，根據(jù)該遮斷信號(hào)，脫氣器水位控制閥從平時(shí)的開度變?yōu)榭s小開度，確保了供水所必要的脫氣器水箱的儲(chǔ)水量，并通過(guò)減少向脫氣器輸送的冷水，緩和了脫氣器壓力的下降。
又，向脫氣器強(qiáng)行注入來(lái)自取汽以外的輔助蒸氣等形成的加熱蒸氣，來(lái)緩和壓力下降。進(jìn)一步，強(qiáng)制進(jìn)行泵的最低流動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，緩和了水箱、泵間配管的輸送延遲。而且，通過(guò)這些組合，確保了有效NPSH(NPSHav.)在要求NPSH(NPSHreq.)之上。
另外，NPSH控制器設(shè)計(jì)中所使用的模擬方法，是從過(guò)渡時(shí)的脫氣器壓力、水箱、泵間配管的輸送延遲時(shí)間以及壓力損失而求出泵吸入點(diǎn)的壓力和供水溫度，從而計(jì)算出有效NPSH，已確認(rèn)其精度與實(shí)機(jī)數(shù)據(jù)相一致并已足夠。
在此，有效NPSH(NPSHav.)定義如下(參照?qǐng)D6)。
NPSHav.＝Pp-Ps＝(Pd+H-ΔP)-Ps其中Pp泵吸入點(diǎn)壓力Ps泵吸入點(diǎn)供水溫度的飽和蒸氣壓Pd脫氣器壓力H靜壓水頭ΔP配管壓損失又，要求NPSH(NPSHreq.)，使用的是設(shè)備出廠時(shí)，實(shí)機(jī)使用常溫工業(yè)用水實(shí)施獲得的試驗(yàn)結(jié)果，例如立式供水增壓泵，其數(shù)值為4m左右。而且，使用下述關(guān)系式作為供水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的判定。
NPSH余量＝NPSH av.-NPSHreq.＞0專利文獻(xiàn)1特公平7-122486號(hào)公報(bào)但是，若根據(jù)上述以往的計(jì)算方法，則供水泵系統(tǒng)的有效NPSH(NPSHav.)設(shè)計(jì)過(guò)大。具體為，水箱的安裝高度過(guò)高，又，水箱的容量過(guò)大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)浪費(fèi)?；蛘?，在先決定系統(tǒng)配置條件時(shí)，采用了不必要的機(jī)器設(shè)計(jì)或者過(guò)于復(fù)雜的控制設(shè)計(jì)，由此，導(dǎo)致了因成本升高或者控制不穩(wěn)定而產(chǎn)生的信賴性下降。
這是因?yàn)?，要求NPSH(NPSHreq.)的值是基于常溫、飽和空氣、含有雜質(zhì)狀態(tài)的工業(yè)用水而決定的，與實(shí)機(jī)中高溫、脫氣、使用純水狀態(tài)的冷凝水所獲得的必要值相比，數(shù)值變得過(guò)高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上問(wèn)題，其目的在于提供一種供水泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，可高精度地導(dǎo)出實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的要求NPSH，由此可實(shí)現(xiàn)小型、簡(jiǎn)潔化，低成本并且信賴性高。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的供水泵系統(tǒng)，其特征在于對(duì)基于常溫、飽和空氣、含有雜質(zhì)的試驗(yàn)水獲得的第1要求NPSH進(jìn)行修正，從而導(dǎo)出基于作為實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件的高溫、脫氣、純水狀態(tài)的冷凝水而獲得的第2要求NPSH，并且基于該第2要求NPSH進(jìn)行設(shè)計(jì)。
又，其特征在于，基于以下公式進(jìn)行上述修正NPSHreq.A＝NPSHreq.+f(T)+g(x)+h其中NPSHreq.A第2要求NPSH值NPSHreq.第1要求NPSH值f(T)試驗(yàn)水溫度影響的修正項(xiàng)g(x)溶解氧量影響的修正項(xiàng)h微粒子雜質(zhì)影響的修正項(xiàng)。
又，其特征在于，在實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件中，對(duì)根據(jù)由泵葉片間的減壓沸騰形成的氣蝕(cavitation)所規(guī)定的要求NPSH、和根據(jù)由泵入口處的減壓沸騰形成的氣相體積所規(guī)定的要求NPSH進(jìn)行比較，將其中較大的作為上述第2要求NPSH。
進(jìn)而，其特征在于，從在常溫以及規(guī)定的高溫下的、所求出的泵揚(yáng)程和NPSH之間的關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果，求出NPSH的差，即，飽和蒸氣壓的下降量，使用通過(guò)與此對(duì)應(yīng)的比容積比所規(guī)定的試驗(yàn)公式，求出所希望的、在更高溫度條件下的比容積比，從而求出與此對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓的下降量，即，要求NPSH的下降量，來(lái)預(yù)測(cè)通過(guò)在上述泵葉片間的減壓沸騰形成的氣蝕所規(guī)定的要求NPSH。
(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明，可提供一種構(gòu)成簡(jiǎn)單、以高精度導(dǎo)出在實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的要求NPSH并基于此實(shí)現(xiàn)小型、簡(jiǎn)單化的低成本且可信賴性高的供水泵系統(tǒng)。


圖1是導(dǎo)出試驗(yàn)水溫度影響的修正項(xiàng)的線圖。
圖2是導(dǎo)出溶解氧量影響的修正項(xiàng)的線圖。
圖3是表示各運(yùn)轉(zhuǎn)條件中的NPSH和泵揚(yáng)程之間的關(guān)系的曲線圖。
圖4是表示泵入口蒸氣的影響的曲線圖。
圖5A是詳細(xì)表示各運(yùn)轉(zhuǎn)條件中的NPSH和泵揚(yáng)程之間的關(guān)系的曲線圖。
圖5B是詳細(xì)表示各運(yùn)轉(zhuǎn)條件中的NPSH和泵揚(yáng)程之間的關(guān)系的曲線圖。
圖5C是詳細(xì)表示各運(yùn)轉(zhuǎn)條件中的NPSH和泵揚(yáng)程之間的關(guān)系的曲線圖。
圖6是表示以往發(fā)電設(shè)備中冷凝水供水系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例的模式圖。
圖中1-蒸氣發(fā)生器，2-高壓蒸氣渦輪機(jī)，3-低壓蒸氣渦輪機(jī)，4-發(fā)電機(jī)，5-冷凝水器，6-冷凝水泵，7-冷凝水增壓泵，10-脫氣器水位控制閥，11-加熱器，12-脫氣器，13a-供水增壓泵，13b-供水泵，14-加熱器。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件是飽和氣壓大約為10ata(飽和溫度為180℃左右)，而在泵的試驗(yàn)狀態(tài)下為常溫(飽和蒸氣壓0.05ata)。即，盡管與相對(duì)同一壓力變化的發(fā)生蒸氣量大約相同，但因?yàn)閴毫υ趯?shí)機(jī)上為試驗(yàn)狀態(tài)的大約200倍，所以產(chǎn)生蒸氣的體積大約為200分之1，對(duì)于支配氣相體積的泵排出性能，即，對(duì)要求NPSH的影響，在實(shí)機(jī)中變得非常的小。具體為，與常溫時(shí)相比，若不產(chǎn)生200倍重量的氣體，則NPSH不會(huì)產(chǎn)生不足。
而且，眾所周知，因?yàn)楦邷叵碌娘柡驼魵鈮旱臏囟茸兓蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)大于常溫下的，所以，即使在高溫時(shí)沸騰，對(duì)周圍的水也容易進(jìn)行低溫處理，即，容易變?yōu)榧訅籂顟B(tài)，所以，對(duì)泵排出性能的影響變小。因此，高溫NPSH較常溫時(shí)要小，即使在某種程度的減壓沸騰狀態(tài)下，泵的排出壓力也不會(huì)下降。
又，雖然在實(shí)機(jī)中使用脫氣水(溶解氧5ppb以下)，但是試驗(yàn)時(shí)使用的是上述常溫工業(yè)用水，所以，在泵吸入點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生蒸氣以外的空氣，這一部分，氣相體積會(huì)變大。即，試驗(yàn)時(shí)的要求NPSH比實(shí)機(jī)時(shí)的值大。又，雖然在實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使用的水中，可以作為沸騰核的微小鐵成分的含有量有1 0ppb左右之多，但是，在試驗(yàn)用的工業(yè)用水中，因?yàn)楹泻芏鄰U物(雜質(zhì))，所以很容易沸騰。即，在這種情況下，試驗(yàn)時(shí)的要求NPSH也比實(shí)機(jī)時(shí)的值大。
在本發(fā)明中，考慮到以上的實(shí)際情況，對(duì)在供水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)通常被使用的、基于常溫工業(yè)用水的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的要求NPSH進(jìn)行修正，從而高精度導(dǎo)出實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的要求NPSH，而且，基于此來(lái)設(shè)計(jì)供水泵系統(tǒng)。
實(shí)施例1首先，將用于導(dǎo)出實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的要求NPSH的基本考慮方法作為實(shí)施例1進(jìn)行闡述。在本實(shí)施例中，通過(guò)下述公式對(duì)作為通常的常溫工業(yè)用水的試驗(yàn)結(jié)果的要求NPSH進(jìn)行修正，從而高精度地導(dǎo)出實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的要求NPSH。
NPSHreq.A＝NPSHreq.+f(T)+g(x)+h其中NPSHreq.A實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的要求NPSH值NPSHreq.基于常溫工業(yè)用水的試驗(yàn)結(jié)果的要求NPSH值f(T)試驗(yàn)水溫度影響的修正項(xiàng)g(x)溶解氧量影響的修正項(xiàng)h微粒子雜質(zhì)影響的修正項(xiàng)圖1是f(T)的導(dǎo)出線圖。圖中橫軸表示水的溫度T，縱軸表示f(T)。如圖所示，在試驗(yàn)水溫度為20-95℃的范圍內(nèi)進(jìn)行溫度變更試驗(yàn)，求出各溫度下的f(T)(圖中用·表示)，基于此導(dǎo)出指數(shù)函數(shù)或者2次函數(shù)等近似曲線(虛線表示)，推測(cè)并決定實(shí)機(jī)中180℃下的f(T)。
圖2是g(x)的導(dǎo)出線圖。在圖中橫軸表示溶解氧量x、縱軸表示g(x)。又，橫軸假設(shè)為對(duì)數(shù)刻度。如圖所示，在溶解氧量為8000ppb(8ppm，空氣飽和水)～50ppb的范圍內(nèi)進(jìn)行溶解氧量的變更試驗(yàn)(脫氣水試驗(yàn))，來(lái)求出各溫度下的g(x)(圖中用·表示)，基于此導(dǎo)出指數(shù)函數(shù)或者2次函數(shù)等的近似曲線(虛線表示)，推測(cè)并決定實(shí)機(jī)中溶解氧量為5ppb時(shí)的g(x)。
又，對(duì)于微粒子雜質(zhì)影響的修正項(xiàng)h，和上述圖1、圖2的說(shuō)明相同，管理試驗(yàn)水的雜質(zhì)含有量，求出各雜質(zhì)含有量下的h，基于此導(dǎo)出指數(shù)函數(shù)或者2次函數(shù)等的近似曲線，推測(cè)并決定實(shí)機(jī)中純水狀態(tài)下的h。
實(shí)施例2下面，將用于導(dǎo)出實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的要求NPSH的進(jìn)一步具體的方法作為實(shí)施例2進(jìn)行闡述。作為影響NPSH的因素，一個(gè)是產(chǎn)生泵葉片間的閉塞。這是由于在供水增壓泵的旋轉(zhuǎn)的葉片間，因流水速度上升而使靜壓的下降會(huì)產(chǎn)生氣體，由此閉塞了葉片間的通路(產(chǎn)生空洞(cavitaion)，氣蝕)，使供水增壓泵的揚(yáng)程降低。這是以往人們一般所考慮到的NPSH的要求機(jī)理。
作為產(chǎn)生的氣體的種類，有由于溶解氧所產(chǎn)生的氣體和由于減壓沸騰所產(chǎn)生的蒸氣。由溶解氧產(chǎn)生的氣體，是將常溫飽和狀態(tài)下的溶解氧(8ppm)減壓，變?yōu)闅庀啵@樣使葉片間閉塞。又，由于減壓沸騰產(chǎn)生的蒸氣，因上述的水流速度上升的靜壓的下降，在比加壓量大的時(shí)候減壓沸騰，由此產(chǎn)生了蒸氣，這樣使葉片間閉塞。
影響NPSH的另外一個(gè)因素是泵的入口氣相體積。這是由于當(dāng)在供水增壓泵的入口處已經(jīng)產(chǎn)生減壓沸騰時(shí)，通過(guò)產(chǎn)生的蒸氣的氣象體積的影響，使供水增壓泵的揚(yáng)程降低。又，當(dāng)在泵的入口處產(chǎn)生減壓沸騰時(shí)，有效NPSH表現(xiàn)為負(fù)值。
在此，因上述蒸氣使葉片間的閉塞，雖然通過(guò)葉片間的減壓沸騰而在葉片表面新產(chǎn)生的蒸氣閉塞了葉片間的通路，但是，由于通過(guò)其壓力已經(jīng)在泵的入口處沸騰，所以應(yīng)分別對(duì)葉片間的閉塞和入口氣相體積進(jìn)行獨(dú)立的討論。而且，最終兩者中要求NPSH較大的一方支配泵的排出性能，即，此處表示的是高溫NPSH。也就是說(shuō)，通過(guò)溫度的NPSH的要求根據(jù)和其數(shù)值不一樣。
為了預(yù)測(cè)這樣的高溫NPSH而進(jìn)行了試驗(yàn)。在此，泵的運(yùn)轉(zhuǎn)條件為常溫飽和空氣、常溫脫氣以及高溫(95℃)脫氣三條。其中，常溫為30℃左右，又，作為高溫的95℃是由試驗(yàn)設(shè)備的臨界溫度所決定的溫度，并預(yù)測(cè)在更高的高溫(150℃)脫氣中的NPSH。對(duì)于該高溫NPSH的預(yù)測(cè)方法，后面將進(jìn)行詳細(xì)敘述。又，計(jì)測(cè)流量點(diǎn)，有泵的額定流量點(diǎn)、過(guò)大流量點(diǎn)以及部分流量(低于額定的流量)點(diǎn)3種。
圖3是表示各運(yùn)轉(zhuǎn)條件中的NPSH和泵揚(yáng)程之間的關(guān)系的曲線圖。圖中橫軸表示NPSH、縱軸表示泵的揚(yáng)程。此處的泵的揚(yáng)程，通過(guò)揚(yáng)程系數(shù)比來(lái)表示。在圖中，用實(shí)線表示的曲線a為常溫空氣飽和，用虛線表示的曲線b為常溫脫氣，用點(diǎn)線表示的曲線c為高溫(95℃)脫氣的試驗(yàn)結(jié)果。又，用點(diǎn)劃線表示的曲線d為高溫(150℃)脫氣的計(jì)算結(jié)果，用點(diǎn)劃線表示的直線e為入口氣相體積極限。
如圖所示，通過(guò)曲線a～c所表示的各試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)和后述的高溫NPSH預(yù)測(cè)方法，可以獲得用曲線d所表示的高溫(150℃)脫氣下的計(jì)算結(jié)果。又，調(diào)查泵入口蒸氣的影響的試驗(yàn)通過(guò)其他途徑實(shí)施，由該試驗(yàn)結(jié)果決定入口氣相體積極限。
圖4是表示上述泵入口蒸氣的影響的曲線圖。圖中的橫軸表示氣液體積流量比(％)，縱軸表示泵的全揚(yáng)程(％)。根據(jù)該試驗(yàn)結(jié)果，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上最低限度要求的泵的揚(yáng)程，讀取此時(shí)的氣液體積流量比，并將此作為入口氣相體積極限以NPSH表示。
例如，在圖中，將氣液體積流量比為25％的全揚(yáng)程降低點(diǎn)作為臨界點(diǎn)，從蒸氣表算出蒸氣比為25％的減壓壓力，將該壓力作為要求NPSH(從入口氣相體積極限的NPSH)。但是，氣液體積流量比25％，只是其中一個(gè)實(shí)例，并不僅限于此。
具體為，根據(jù)該圖，將實(shí)際設(shè)計(jì)中使用的全揚(yáng)程下降相當(dāng)?shù)臍庀囿w積，從安全′側(cè)看設(shè)為25％，求出25％氣相比例的減壓量。作為一個(gè)實(shí)施例，初始溫度選定為151.1℃(5.0ata飽和)，則首先，
可使用從屬選擇信號(hào)線來(lái)在基帶部分204和RF部分202之間傳送定時(shí)。具體地，COUNT[19:0]輸出(見表6，Out_Dat＝8)表示存在于RF部分202中的計(jì)數(shù)器的值，其展現(xiàn)了RF部分202中的雙斜坡A/D轉(zhuǎn)換器的采樣相位。從屬選擇信號(hào)線連接到鎖存DSP定時(shí)的RF部分202中的電路。由此，COUNT值為在從屬選擇信號(hào)使請(qǐng)求COUNT輸出的消息將COUNT值鎖存到用于傳送的移位寄存器中時(shí)的計(jì)數(shù)器中的值。在基帶部分204中，從屬選擇信號(hào)在去除對(duì)從屬被選擇信號(hào)的聲明進(jìn)行時(shí)(這也是在RF部分202鎖存COUNT時(shí))鎖存計(jì)數(shù)器(或其它的時(shí)間表示)。
由此，A/D采樣定時(shí)可與基帶部分204定時(shí)相關(guān)。SHIFT[19:0]輸入(見表8，地址＝6)用來(lái)將A/D定時(shí)從基帶部分204定時(shí)轉(zhuǎn)移到期望的偏移量。結(jié)果，基帶部分204可在無(wú)附加接口線的情況下改變RF部分202電路的定時(shí)。
由此，與本發(fā)明相一致的系統(tǒng)和方法提供在RF處理部分202和基帶處理部分204之間的功率控制消息傳遞(messaging)(以及操作或提供接口的方法)。為了很多不同目的而采用消息傳遞，并且，作為用來(lái)減小平均功耗并延長(zhǎng)電源壽命的、SPS設(shè)備中的一般功率控制的一部分，消息傳遞是尤其有用的。
典型地，除了在取得SPS信號(hào)樣本時(shí)之外盡可能多的RF部分202的斷電幫助減小平均功耗。在一些實(shí)例中，取得樣本可能在強(qiáng)信號(hào)環(huán)境的戶外占用像10-20ms那么短的時(shí)間間隔，而在較不理想的條件的戶外占用50-100ms的時(shí)間間隔。在室內(nèi)，尤其是對(duì)于在信號(hào)較弱時(shí)，RF部分202可能在幾秒的數(shù)量級(jí)上的時(shí)間間隔內(nèi)操作，以得到SPS信號(hào)樣本。還要注意，在基帶部分204進(jìn)入其自身的斷電(power down)模式時(shí)對(duì)RF振蕩器212斷電也可減小功耗。
更具體地，可如表12所示而進(jìn)行包括功率控制的示例操作序列

在負(fù)的區(qū)域，則會(huì)出現(xiàn)在泵的入口處產(chǎn)生氣相的現(xiàn)象，因?yàn)檫@也可能使葉片間閉塞，所以作為研究的課題。
例如在150℃時(shí)，由葉片間減壓沸騰規(guī)定的極限，已小于由入口氣相體積所規(guī)定的極限，泵入口氣相體積極限的值大約為-1m作為NPSH。即，若溫度變?yōu)槟骋粩?shù)值以上，則由葉片間的減壓沸騰所規(guī)定的NPSH，小于由入口氣相體積所規(guī)定的極限(參照直線e)，在該溫度以上時(shí)，由入口氣相體積來(lái)規(guī)定NPSH。如上所述，作為葉片間的減壓沸騰和入口氣相體積的總概念，規(guī)定了高溫NPSH為負(fù)值。
而且，減壓沸騰的泵入口處產(chǎn)生的蒸氣，通過(guò)氣體排放管從其供水增壓泵排出，確認(rèn)返回到脫氣器，即，有效NPSH大約為0。由此可知，即使計(jì)算上在泵入口處為沸騰的狀態(tài)，其供水增壓泵也可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
此處，對(duì)各運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的NPSH和泵揚(yáng)程之間的關(guān)系進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖5A～C更加詳細(xì)地表示了圖3所示的各運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的NPSH和泵揚(yáng)程之間的關(guān)系。
首先，如圖5A所示，從常溫至少到95℃，由于葉片間的減壓沸騰所產(chǎn)生的性能低下，即，由產(chǎn)生的氣體使葉片間閉塞來(lái)決定NPSH(參照曲線b、c)。因?yàn)樵揘PSH為正壓力，所以在泵入口處不產(chǎn)生氣體，則入口氣相體積極限(參照直線e)不作為研究對(duì)象。
下面，如圖5B所示，若溫度大約上升至120～130℃，則因?yàn)橛扇~片間的減壓沸騰導(dǎo)致的性能低下，所規(guī)定的極限值向負(fù)值區(qū)域移動(dòng)，所以與由泵的入口氣相體積所規(guī)定的極限大致為同一數(shù)值(參照曲線f)。
而且，如圖5C所示，若進(jìn)一步至少升溫至150℃，則例如在150℃由葉片間的減壓沸騰導(dǎo)致的性能低下所規(guī)定的極限值，小于由泵的入口氣相體積所規(guī)定的極限(參照曲線d)。在該溫度區(qū)域，限制NPSH的是泵的入口氣相體積極限(參照直線e)。
下面，對(duì)高溫NPSH的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行說(shuō)明。首先，闡述一下由氣蝕產(chǎn)生的熱力學(xué)效果。在泵的葉片面上，同壓力面相比，負(fù)壓面的水的(相對(duì))速度比較快。而且，若速度增加則壓力降低，其降低量在不足水的飽和蒸氣壓的區(qū)域，液體(水)蒸發(fā)變?yōu)闅怏w(水蒸氣)。這就是氣蝕。
在上述水蒸發(fā)的時(shí)候，從周圍來(lái)的熱量被帶走。即，蒸發(fā)潛熱是必需的。也就是說(shuō)，在發(fā)生氣蝕的時(shí)候，通過(guò)蒸發(fā)潛熱，在空穴附近的溫度會(huì)降低。這樣的溫度降低，發(fā)生在空穴周邊的局部領(lǐng)域，若溫度下降則飽和蒸氣壓也下降。這就是通過(guò)氣蝕產(chǎn)生的熱力學(xué)效應(yīng)。
下面，示出實(shí)機(jī)高溫條件下的NPSH預(yù)測(cè)方法。實(shí)機(jī)中泵運(yùn)轉(zhuǎn)的水的溫度條件為150℃，但是，試驗(yàn)設(shè)備的規(guī)格上模型試驗(yàn)只能實(shí)施100℃。因此，實(shí)施常溫30℃的試驗(yàn)以及高溫95℃的試驗(yàn)，來(lái)檢證氣蝕的熱力學(xué)效果。而且，從30℃、95℃的試驗(yàn)結(jié)果，預(yù)測(cè)150℃的氣蝕性能。
具體闡述為，熱力學(xué)效果，即，飽和蒸氣壓的下降量，根據(jù)近似理論公式，用與蒸發(fā)相關(guān)的蒸氣、水的比容積比來(lái)表示。在此，因?yàn)閷?shí)際與蒸氣相關(guān)的比容積比只能從試驗(yàn)來(lái)求出，所以本實(shí)施例中從30℃以及95℃的試驗(yàn)結(jié)果，求出NPSH的差，即，飽和蒸氣壓的下降量，進(jìn)而求出于此對(duì)應(yīng)的比容積比。
在這種情況下，若溫度不同則比容積比也不同，但是，150℃的比容積比，由上述所求得的30℃以及95℃的比容積比，利用后面所述的Ruggeri的實(shí)驗(yàn)公式來(lái)求出。而且，如上所述，若知道了該溫度下與蒸發(fā)相關(guān)的比容積比，則也就知道了飽和蒸氣壓的下降量。即，因?yàn)轱柡驼魵鈮旱南陆盗?，可以看作要求NPSH的下降量，所以可以預(yù)測(cè)作為機(jī)的溫度條件的150℃下的氣蝕性能。
下面，對(duì)高溫時(shí)氣蝕性能預(yù)測(cè)方法進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)機(jī)高溫條件的氣蝕性能預(yù)測(cè)，是基于Ruggeri等人提案的方法進(jìn)行實(shí)施的。該方法的出處為文獻(xiàn)[1]Ruggeri，R.S.，Moore，R.D.，1969，Method for prediction of pump cavitationperformance for various liquids，liquid temperatures，and rotative speeds，NASA TN D-5292.
以下對(duì)其預(yù)測(cè)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。伴隨著氣蝕的產(chǎn)生由氣化熱產(chǎn)生的蒸氣壓的下降量Δhv用下面的公式表示。
ΔhV(1/g)·(ρV/ρ1)2·(L2/CP1T)·(VV/V1)…(1)在這種情況下，與蒸氣相關(guān)的氣液的體積比Vv/V1，無(wú)法從試驗(yàn)直接測(cè)出。所以，利用下面表示的相對(duì)關(guān)系式的實(shí)驗(yàn)公式來(lái)估算。
(VV/V1)pred＝(VV/V1)ref·(αref/α)1.0·(U0/U0，ref)0.8·(D/Dref)0.2·{(Δx/D)/(Δx/D)ref}0.3…(2)又，熱量的關(guān)系式為ΔhV＝(ρV/ρ1)·(VV/V1)·(L/CP1)·(dhV/dT)…(3)其中，公式中的符號(hào)定義如下Cp定壓比熱hv飽和蒸氣壓L蒸發(fā)的潛熱T溫度V與蒸發(fā)相關(guān)的氣液的體積α熱擴(kuò)散率(溫度傳導(dǎo)率)Δhv由于蒸發(fā)導(dǎo)致的蒸氣壓下降ρ飽和狀態(tài)的密度g重力加速度U代表速度(例如葉輪的圓周速度)D代表尺寸x空洞長(zhǎng)度又，下標(biāo)定義如下I液體V蒸氣ref作為參照值使用的試驗(yàn)值pred預(yù)測(cè)值具體為[1]30℃作為ref，95℃作為pred。
從試驗(yàn)結(jié)果求出某揚(yáng)程時(shí)的NPSH的差，即Δhv，ref-Δhv，pred。
另外，從公式(2)求出(VV/V1)ref和(VV/V1)pred的關(guān)系。
此時(shí)，通過(guò)公式(3)，對(duì)于任意的(VV/V1)ref值，求出Δhv，ref。又，同樣地求出此時(shí)(VV/V1)pred所對(duì)應(yīng)的Δhv，pred。而且，求出它們的差Δhv，ref-Δhv，pred。
反復(fù)進(jìn)行計(jì)算，直到由[4]所求的Δhv，ref-Δhv，pred和[2]所求的由試驗(yàn)得出的Δhv，ref-Δhv，pred值相等為止。
通過(guò)[5]求出(VV/V1)ref。
由此，在形狀相似的泵中，若流量系數(shù)、揚(yáng)程系數(shù)相等，則對(duì)于任意的溫度、旋轉(zhuǎn)數(shù)、大小都可以算出(VV/V1)pred。從(1)式可以估算出因?yàn)闊崃W(xué)的效果所導(dǎo)致的蒸氣壓的下降量。
下面，表示氣蝕特性預(yù)測(cè)的計(jì)算實(shí)例。從泵的流量系數(shù)和轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)相同、溫度不同的兩個(gè)條件的試驗(yàn)結(jié)果，可以通過(guò)上述文獻(xiàn)[1]的方法求出溫度T＝151.3℃的氣蝕特性的預(yù)測(cè)曲線。將該方法改進(jìn)概括如下使用的數(shù)學(xué)公式有如下3個(gè)(HSV，ref+ΔhV，ref)/(HSV+ΔhV)＝(Nref/N)2…(a)VV/V1＝(VV/V1)ref·(N/Nref)0.8·(α1，ref/α1)…(b)ΔhV＝(ρV/ρ1)·(VV/V1)·(L/CP1)·(dhV/dT)…(c)其中，式中的符號(hào)定義如下Cp定壓比熱HsvNPSHhv飽和蒸氣壓L蒸發(fā)的潛熱N旋轉(zhuǎn)數(shù)T溫度V飽和狀態(tài)的體積α熱擴(kuò)散率(溫度傳導(dǎo)率)Δhv由于蒸發(fā)導(dǎo)致的蒸氣壓下降
ρ飽和狀態(tài)的密度φ揚(yáng)程系數(shù)φ*揚(yáng)程系數(shù)比φ/φNC又，下標(biāo)定義如下V蒸氣I液體NC沒(méi)有氣蝕Ref作為參照值使用的試驗(yàn)值在此，旋轉(zhuǎn)數(shù)N為一定，通過(guò)(a)、(b)得出ΔhV-ΔhV，ref＝HSV，ref-HSV…(d)VV/V1＝(α1，ref/α1)·(VV/V1，ref)…(e)將公式(c)的右邊代入公式(d)的左邊，進(jìn)而將(e)的右邊代入其中的VV/V1，對(duì)(VV/V1)ref進(jìn)行求解，則(VV/V1)ref)＝(HSV，ref-HSV)/[L·{(ρV/ρ1)·(α1，ref/α1)·(dhv/dT)/Cp1-(ρV/ρ1)ref·(dhV/dT)ref/CP1，ref}]…(f)在該公式中，若將參照值作為一個(gè)溫度條件，另外一個(gè)作為又一個(gè)溫度條件，則可以求出前者溫度條件的VV/V1，通過(guò)公式(e)求出任意的預(yù)測(cè)對(duì)象溫度的VV/V1。
下面，根據(jù)公式(d)，HSV＝HSV，ref-ΔhV+ΔhV，ref…(g)這次，若將參照值的項(xiàng)作為實(shí)驗(yàn)條件，其他的項(xiàng)作為預(yù)測(cè)對(duì)象條件，通過(guò)公式(c)來(lái)計(jì)算Δhv，Δhv，ref，則可以求出所要的NPSH，即Hsv。
(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明并不僅限于原子能發(fā)電廠或者火力發(fā)電廠，可適用于各種設(shè)備種的高溫泵系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種供水泵系統(tǒng)，其特征在于對(duì)基于常溫、飽和空氣、含有雜質(zhì)的試驗(yàn)水獲得的第1要求NPSH進(jìn)行修正，從而導(dǎo)出基于作為實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件的高溫、脫氣、純水狀態(tài)的冷凝水而獲得的第2要求NPSH，并且基于該第2要求NPSH進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供水泵系統(tǒng)，其特征在于，基于以下公式進(jìn)行上述修正NPSHreq.A＝NPSHreq.+f(T)+g(x)+h其中NPSHreq.A第2要求NPSH值NPSHreq.第1要求NPSH值f(T)試驗(yàn)水溫度影響的修正項(xiàng)g(x)溶解氧量影響的修正項(xiàng)h微粒子雜質(zhì)影響的修正項(xiàng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供水泵系統(tǒng)，其特征在于，在實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件中，對(duì)根據(jù)由泵葉片間的減壓沸騰形成的氣蝕所規(guī)定的要求NPSH、和根據(jù)由泵入口處的減壓沸騰形成的氣相體積所規(guī)定的要求NPSH進(jìn)行比較，將其中較大的作為上述第2要求NPSH。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的供水泵系統(tǒng)，其特征在于，從在常溫以及規(guī)定的高溫下的、所求出的泵揚(yáng)程和NPSH之間的關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果，求出NPSH的差，即，飽和蒸氣壓的下降量，使用通過(guò)與此對(duì)應(yīng)的比容積比所規(guī)定的試驗(yàn)公式，求出所希望的、在更高溫度條件下的比容積比，從而求出與此對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓的下降量，即，要求NPSH的下降量，來(lái)預(yù)測(cè)通過(guò)在上述泵葉片間的減壓沸騰形成的氣蝕所規(guī)定的要求NPSH。
全文摘要
為了提供一種構(gòu)成簡(jiǎn)單、基于高精度地導(dǎo)出的實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的要求NPSH，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單化、低成本并且信賴性高的供水泵系統(tǒng)，對(duì)基于常溫、飽和空氣、含有雜質(zhì)狀態(tài)的試驗(yàn)水的第1要求NPSH進(jìn)行修正，從而導(dǎo)出基于作為實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件的高溫、脫氣、純水狀態(tài)的冷凝水的第2要求NPSH，并且基于該第2要求NPSH進(jìn)行設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)F04D13/00GK1860298SQ20058000111
公開日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2005年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者真鍋純, 宮川和芳 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社