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水泵知识

提高卧式双吸泵抗气蚀能力的途径

文章热度:1887

      汽蚀是水力机械的特有现象,单级卧式双吸式离心泵的汽蚀现象引发泵产生噪音、震动、零部件损坏及泵的流量、压头和效率下降,与泵自身设计制造、泵装置设计和泵装置运行管理方面的因素有关。同时也受流体流速、介质颗粒、流动形式及泵用材料等因素的影响。在含沙水流中运行的单级卧式双吸式离心泵,其泵体、泵盖、叶片往往遭受汽蚀和泥沙磨损的双重破坏,因此合理选泵,合理选择管道直径和泵的安装高度,做好日常维护管理是减少、避免汽蚀现象发生的关键。
1 卧式双吸式离心泵发生汽蚀的机理
      流体的压力从泵人口到叶轮入口而下降,在叶片附近,液体压力最低。运行中的单级卧式双吸式离心泵,由于过流部分局部区域某种原因,抽送液体的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力时,液体在该处发生汽化,还可能有溶解在液体内的气体溢出,形成许多汽泡。这些气泡随液体向前流动,当流到叶道内压力较高处时,外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力,则汽泡会急剧缩小以至破裂形成空穴。在气泡缩小破裂的同时,液体质点将以高速填充空穴,发生相互撞击形成水击。液体就像无数小弹头一样,连续打击金属表面,其撞击频率很高(可达2000—3000Hz),金属表面因冲击疲劳而剥裂。这种现象发生在金属壁面上使过流部件受到腐蚀破坏。上述产生气泡和气泡急剧缩小以至破裂使过流部件遭到破坏的过程就是单级卧式双吸式离心泵运行中发生汽蚀的机理。
      游离汽蚀、固定汽蚀和旋涡汽蚀等是单级卧式双吸式离心泵发生汽蚀的主要形式。游离汽蚀是在流动液体中产生汽泡的同时在液体中成长,到高压处溃灭。叶轮出水叶片的汽蚀就是这种形式,在靠近叶片进口某一点(压力达到或低于该温度下临界饱和汽化压力时)产生汽泡随液体流至叶片出口而破灭。固定汽蚀是在金属流道边壁上形成空穴并附着在壁面之上,靠近叶轮叶片进口的汽蚀就是这种形式。由于叶片进口几何形状的影响造成进水叶片工作面或背面形成局部脱流形成空穴。旋涡汽蚀是旋涡低压部分形成空穴发生汽蚀,叶轮出水叶片与前盖板外缘联接部位的汽蚀就是这种形式。
单级卧式双吸式离心泵长时间在汽蚀条件下运行时。泵过流部分的某些地方会遭到腐蚀破坏,这是由于气泡凝结时金属表面受到像利刃似的主频强烈冲击,压力达到49MPa,使金属表面出现麻点,
     严重时导致金属晶粒松动并被剥落而呈现蜂窝状,甚至造成穿孑L。汽蚀除机械作用力破坏外,还伴有电解、化学腐蚀等多种复杂的作用力。实践证明,汽蚀腐蚀破坏的部位正是气泡消灭之处。欲根治汽蚀必须防止运行中水泵流道内产生气泡。
2 单级卧式双吸式离心泵发生汽蚀部位和外观特征及发生汽蚀后泵的运行特性
2.1 单级卧式双吸式离心泵发生汽蚀的部位和外观特征
    (1)泵体、泵盖压水室两侧靠近泵体密封环端部的流道表面。汽蚀痕迹是均匀的蜂窝麻面,且沿泄流轨迹越靠近泵体密封环汽蚀痕迹越明显。
    (2)叶轮叶片进口部分的工作面或背面和叶片出口部分工作面。叶轮叶片进口部分的工作面或背面因局部脱流发生汽蚀形成局部蜂窝麻面,严重时造成叶片穿孔;叶片出口部分工作面汽蚀痕迹是沿流向形成的局部沟槽,严重时造成出水叶片缩短。
    (3)隔舌局部汽蚀。隔舌沿出口流道方向严重磨损,导致隔舌缩短。
    (4)其它与流道型线不符的表面。
2.2 单级卧式双吸式离心泵初期发生汽蚀时造成的影响
    (1)产生噪音和振动。单级卧式双吸式离心泵汽蚀发生、发展到明显程度时,会产生噼啪噼啪的异常声响和强烈的水由声,水泵运行的平稳性也会受到影响,伴随振动、轴承温度的升高、轴套松动、填料函漏水等故障时有发生。
    (2)出水效率降低。运行中的单级卧式双吸式离心泵,由于连续不断的汽蚀腐蚀作用,叶轮叶片进口部分汽蚀穿孔,影响进水流态;叶轮出水叶片逐渐缩短,叶轮外径逐渐变小,导致泵出水量下降;由于连续不断的汽蚀腐蚀作用,使水泵隔舌逐渐缩短,泵内压水室流场形成环流;泵内其它流道表面的局部汽蚀也会破坏局部流场。上述因素的综合作用,导致泵出水效率逐渐降低,能耗上升,直接影响单级卧式双吸式离心泵的安全经济运行,严重时导致液流中断无法工作。
    (3)零部件被剥蚀破坏。通常单级卧式双吸式离心泵受汽蚀破坏的部位,先在叶片入口附近,继而延至叶轮出口。起初金属表面出现麻点,继而表面呈现槽沟状、蜂窝状、鱼鳞状的裂痕,严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔,甚至叶轮破裂,造成严重事故。因而汽蚀严重影响到泵的安全运行和使用寿命。
3 提高单级卧式双吸式离心泵耐汽蚀性能的措施和途径
      由双吸泵的必须汽蚀基本方程可知,决定单级卧式双吸式离心泵耐汽蚀性能的因素有泵自身设计制造方面的因素,也有泵装置设计方面和泵装置运行管理方面的因素等。要提高单级卧式双吸式离心泵耐汽蚀性能应综合考虑以上因素的影响,使泵必须汽蚀余量NPSHr减小,使装置泵的有效汽蚀余量NPSHa增大,让泵在不发生汽蚀的工况条件下运行。
3.1 单级卧式双吸式离心泵自身设计制造方面
      由屏蔽泵的必须汽蚀余量计算式可知,在单级卧式双吸式离心泵自身设计制造方面,影响其耐汽蚀性能的主要因素是:泵进口部分的几何形状,如叶轮进口直径、叶片进口安放角、叶片进口边的形状、叶片数、叶片进口流道形状等。NPSHr值越小,单级卧式双吸式离心泵的耐汽蚀性能越好。
   (1)叶轮进口直径的选择,要考虑降低叶片进口稍前的绝对速度v0。和相对速度W0。及叶片进口压降系数,同时考虑口环处的泄漏量,泄漏量随口环直径的增大而增大,而口环直径又取决于叶轮进口直径的选择。
   (2)增加叶轮叶片进口宽度,能增加叶片进口过流面积,减小v0和WO从而降低NPSHr值。
   (3)适当加大叶轮前盖板进口部分的曲率半径,有利于减小前盖板处的v0和改善速度分布的均匀性,减小化工泵进口部分的压力降,从而使NPSHr值减小。
   (4)叶片进口边适当向吸入口方向延伸,可使液体提早接受叶片的作用,且能增加叶片表面积,减少叶片工作面和背面的压差。叶片前伸,使进口边所在半径减小,从而使v0和W0减小。但是,叶片前伸后要求叶片做得很薄,否则排挤严重。
(5)采用叶片进口正冲角,增大叶片进口角,减少叶片的弯曲,增大叶片过流面积,减少叶片的排挤,这些因素都将减小v0和W0
   (6)叶片进口厚度越薄,越接近流线型,叶片进口的压降越小,泵的耐汽蚀性能就越好。
   (7)叶轮流道表面粗糙度越小,表面越光滑,水力损失越小,有利于提高泵的耐汽蚀性能。
   (8)选用耐汽蚀性能较强、机械加工性能好的金属材料作为泵零部件加工的原材料,有利于延长其使用寿命。
3.2 单级卧式双吸式离心泵装置设计
由泵装置有效汽蚀余量计算式NPSHa=Pc/ρg±hg一hc—Pv/ρg可知,在单级卧式双吸式离心泵装置设计方面,影响泵装置汽蚀余量的主要因素是:吸人液面的大气压力,几何吸入(或倒灌)高度,吸水管路水头损失,抽送液体温度下的汽化压力等。对单级卧式双吸式离心泵装置而言,欲防止发生汽蚀必须考虑提高装置有效汽蚀余量NPSHa,使NPSHa>NPSHr。
   (1)减小几何吸上高度(或增加几何倒灌高度),以增大装置有效汽蚀余量NPSHa。
   (2)减小吸水管路水头损失,为此要考虑适量增大进水管径,减小吸水管路长度,减少弯头、装置附件等。
(3)选择泵型时,应使NPSHa比NPSHr大的多一些,防止单级卧式双吸式离心泵因运行工况的变化而发生汽蚀。
3.3 单级卧式双吸式多级离心泵装置运行管理方面
   (1)应合理调度前池运行水位,使水泵始终运行在设计水位以上,运行在NPSHa>NPSHr的工况下和高效区。
   (2)结合运行实际,建立周期性的维护保养制度,对已受到汽蚀腐蚀的泵壳压水室流道表面及叶轮流道表面采用涂护的方法进行处理以恢复流道表面型线并减少汽蚀源。
   (3)建立运行观测档案,统计分析观测资料,优化水力型线设计,改善流态,减少汽蚀源。

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