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摘 要:本文介绍了离心泵的汽蚀机理、产生原因、诊断方法和抗汽蚀的措施
关键词:离心泵; 汽蚀; 诊断; 措施
离心泵是一种应用广泛的流体输送设备,由于设计原因或现场工况条件的限制,常会发生汽蚀现象,使得流道表面受到浸蚀破坏,引发振动、产生噪音,严重时出现断裂流动,形成流道阻塞,造成水泵性能的下降,长时间的水击和微量溶解氧腐蚀的双重作用下,易使叶片受损,对日常使用及泵的寿命非常不利。
一、离心泵的汽蚀
1、汽蚀机理
汽蚀是由液体汽化引起的,液体的汽化程度与压力大小、温度高低有关。由于叶轮入口处的压力低于工作水温的饱和压力,会引起一部分液体蒸发(汽化),溶解于液体中的气体,在压力和温度变化时也会释放出来,形成汽穴,当液体内部压力下降,低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时,局部区域形成汽泡或汽穴;而在压力升高的地方汽泡突然被四周的压力压破,液流因惯性以极高的速度向汽泡的中心挤压,对设备造成水力冲击。这种微泡的产生、溃裂以及对金属表面产生物理和化学作用的过程称为汽蚀。
连续的局部冲击负荷会使材料表面逐渐产生疲劳损坏,引起表面剥蚀,进而出现大小蜂窝状蚀洞,同时,液体析出了氧气,发生氧化作用。汽蚀过程的不稳定性,引起水泵产生振动和噪音,同时因大量气泡堵塞叶轮槽道,会导致流量和扬程不同程度的降低,效率随之下降。
2、汽蚀关系式及装置汽蚀余量计算
泵发生汽蚀的条件是由泵本身和吸入装置两方面决定的。因此,研究汽蚀发生的条件,应从泵本身和吸入装置来考虑,泵汽蚀的基本关系式为:
NPSHc≤NPSHr≤〔NPSH〕≤NPSHa
NPSHa=NPSHr(NPSHc)—— 泵开始汽蚀
NPSHa >NPSHr(NPSHc)——泵无汽蚀
NPSHa——装置汽蚀余量
NPSHr——泵汽蚀余量
NPSHc——临界汽蚀余量
〔NPSH〕——许用汽蚀余量,通常取1.1~1.5NPSHc
装置汽蚀余量的计算:
NPSHa=Pc/ρg士hg-hc-Ps/ρg
Pc-吸入液面压力
Ps-吸入口液体汽化压力
hc-吸入管道阻力损失
hg-泵安装高度
ρ-介质密度
二、汽蚀对泵的影响
汽蚀的产生堵塞叶轮槽道,破坏流体的连续性,导致泵的流量、扬程、效率明显下降。
泵在汽蚀状态下运行,会对流道产生破坏作用,发生汽蚀的部位开始出现了点蚀、凹坑,严重时会使金属成蜂窝状或海绵状。甚至整块金属脱落,叶片和盖板会被蚀穿等。当泵在运行时发生汽蚀就会产生振动和噪音,汽泡在液体压力高的地方迅速缩小和溃灭,液体质点相互冲击产生各种频率的噪音。由此可见,汽蚀现象严重威胁着泵的运行质量以及整套装置的状态,影响离心泵向高转数发展,解决离心泵的汽蚀问题对延长泵寿命和检修周期、节约材料成本、保证泵的安全运转和提高泵的效率有着非常重要的意义。
三、泵发生汽蚀的诊断方法
操作人员通常无法利用流量一定时扬程的下降来判定汽蚀是否发生。泵是否发生汽蚀,主要可以采用以下几种方法:
观察法:根据破坏的表面形状来进行判断。
由于汽蚀、铸造气孔、冲刷磨损、腐蚀等均会造成金属表面形状造成破坏。汽蚀破坏的金属表面通常显现蜂窝状,它是由局部高速水打击金属而使金属表面疲劳破坏,所以蜂窝孔一般是与外部相通的,大多数的坑槽与金属表面垂直。铸造缺陷的疏松往往深藏在金属内部,有时由于水流的冲刷将金属内部的疏松、气孔呈于表面而误认为是汽蚀,但当用机械的方法继续去处表面时会发现其内部仍有气孔。冲刷磨损痕迹往往出现与水流方向相同的沟槽,但要注意有时有水流旋涡。
超声波法:该方法测量汽蚀方法简单,调试方便,且不受其它环境噪声的干扰,对汽蚀的发生和发展敏感性强,是作为泵站现场监视汽蚀的一种比较理想的方法。
噪声法:该方法比较简单,可以不与泵体接触,但由于噪声受周围环境噪声的影响较大.当显示其强度最高时,一般水泵汽蚀已达到非常强烈的阶段,这时人耳已能通过强烈的汽蚀爆裂声判别汽蚀工况。因此,泵体噪声法不太适合现场监测汽蚀的发生。
振动法:该方法是通过加速度计探头测量泵体振动频率的一种简单方法,但灵敏度较低,特别对于大泵,泵体刚度大,对泵内局部汽蚀引起的汽泡溃裂所产生的激振反应迟钝,同时,泵上振源较多,由于汽蚀引起的振动常被淹没在其它振动之中。因此,振动法只适宜作为现场监测汽蚀的辅助手段。
四、提高离心泵抗汽蚀性能的措施
1、提高离心泵本身抗汽蚀性能
(a)改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计;
增大过流面积;增大叶轮盖板进口段的曲率半径,减小液流急剧加速与降压:适当减少叶片进口的厚度,并将叶片进口修圆,使其接近流线形,也可以减少绕流叶片头部的加速与降压:提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失;将叶片进口边向叶轮进口延伸,使液流提前接受作功,提高压力。
(b)采用前置诱导轮,使液流在前置诱导轮中提前作功,以提高液流压力;
(c)采用双吸叶轮,让液流从叶轮两侧同时进入叶轮,进口截面增加一倍,进口流速可减少一倍;
(d)采用稍大的正冲角,以增大叶片进口角,减小叶片进口处的弯曲,减小叶片阻塞,以增大进口面积:改善大流量下的工作条件以减少流动损失,但正冲角不宜过大,否则影响效率;
(e)采用抗汽蚀的材料。实践表明,材料的强度、硬度、韧性越高,化学稳定性越好,抗汽蚀的能力越强。
2、提高进液装置有效汽蚀余量
(a)增加泵前贮液罐中液面的压力,以提高有效汽蚀余量;
(b)减小吸上装置泵的安装高度;
(c)将吸上装置改为倒灌装置;
(d)减小泵前管路上的流动损失,如缩短管路,减小流速,减少弯管和阀门,加大阀门开度等。
以上措施可根据泵的选型、选材和现场使用等条件进行综合分析,适当加以应用。
五、结束语
离心泵在污水、化工等领域都有着非常广泛的应用,采取有效措施避免或减少汽蚀的发生,有效延长泵的使用寿命,减少因泵的故障导致的经济损失,提高企业效率,确保安全稳定运行。
参考文献
〔1〕关醒凡 泵的理论与设计 1987
〔2〕张红兵等 化工工艺设计手册(第三版)2003
关键词:离心泵; 汽蚀; 诊断; 措施
离心泵是一种应用广泛的流体输送设备,由于设计原因或现场工况条件的限制,常会发生汽蚀现象,使得流道表面受到浸蚀破坏,引发振动、产生噪音,严重时出现断裂流动,形成流道阻塞,造成水泵性能的下降,长时间的水击和微量溶解氧腐蚀的双重作用下,易使叶片受损,对日常使用及泵的寿命非常不利。
一、离心泵的汽蚀
1、汽蚀机理
汽蚀是由液体汽化引起的,液体的汽化程度与压力大小、温度高低有关。由于叶轮入口处的压力低于工作水温的饱和压力,会引起一部分液体蒸发(汽化),溶解于液体中的气体,在压力和温度变化时也会释放出来,形成汽穴,当液体内部压力下降,低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时,局部区域形成汽泡或汽穴;而在压力升高的地方汽泡突然被四周的压力压破,液流因惯性以极高的速度向汽泡的中心挤压,对设备造成水力冲击。这种微泡的产生、溃裂以及对金属表面产生物理和化学作用的过程称为汽蚀。
连续的局部冲击负荷会使材料表面逐渐产生疲劳损坏,引起表面剥蚀,进而出现大小蜂窝状蚀洞,同时,液体析出了氧气,发生氧化作用。汽蚀过程的不稳定性,引起水泵产生振动和噪音,同时因大量气泡堵塞叶轮槽道,会导致流量和扬程不同程度的降低,效率随之下降。
2、汽蚀关系式及装置汽蚀余量计算
泵发生汽蚀的条件是由泵本身和吸入装置两方面决定的。因此,研究汽蚀发生的条件,应从泵本身和吸入装置来考虑,泵汽蚀的基本关系式为:
NPSHc≤NPSHr≤〔NPSH〕≤NPSHa
NPSHa=NPSHr(NPSHc)—— 泵开始汽蚀
NPSHa >NPSHr(NPSHc)——泵无汽蚀
NPSHa——装置汽蚀余量
NPSHr——泵汽蚀余量
NPSHc——临界汽蚀余量
〔NPSH〕——许用汽蚀余量,通常取1.1~1.5NPSHc
装置汽蚀余量的计算:
NPSHa=Pc/ρg士hg-hc-Ps/ρg
Pc-吸入液面压力
Ps-吸入口液体汽化压力
hc-吸入管道阻力损失
hg-泵安装高度
ρ-介质密度
二、汽蚀对泵的影响
汽蚀的产生堵塞叶轮槽道,破坏流体的连续性,导致泵的流量、扬程、效率明显下降。
泵在汽蚀状态下运行,会对流道产生破坏作用,发生汽蚀的部位开始出现了点蚀、凹坑,严重时会使金属成蜂窝状或海绵状。甚至整块金属脱落,叶片和盖板会被蚀穿等。当泵在运行时发生汽蚀就会产生振动和噪音,汽泡在液体压力高的地方迅速缩小和溃灭,液体质点相互冲击产生各种频率的噪音。由此可见,汽蚀现象严重威胁着泵的运行质量以及整套装置的状态,影响离心泵向高转数发展,解决离心泵的汽蚀问题对延长泵寿命和检修周期、节约材料成本、保证泵的安全运转和提高泵的效率有着非常重要的意义。
三、泵发生汽蚀的诊断方法
操作人员通常无法利用流量一定时扬程的下降来判定汽蚀是否发生。泵是否发生汽蚀,主要可以采用以下几种方法:
观察法:根据破坏的表面形状来进行判断。
由于汽蚀、铸造气孔、冲刷磨损、腐蚀等均会造成金属表面形状造成破坏。汽蚀破坏的金属表面通常显现蜂窝状,它是由局部高速水打击金属而使金属表面疲劳破坏,所以蜂窝孔一般是与外部相通的,大多数的坑槽与金属表面垂直。铸造缺陷的疏松往往深藏在金属内部,有时由于水流的冲刷将金属内部的疏松、气孔呈于表面而误认为是汽蚀,但当用机械的方法继续去处表面时会发现其内部仍有气孔。冲刷磨损痕迹往往出现与水流方向相同的沟槽,但要注意有时有水流旋涡。
超声波法:该方法测量汽蚀方法简单,调试方便,且不受其它环境噪声的干扰,对汽蚀的发生和发展敏感性强,是作为泵站现场监视汽蚀的一种比较理想的方法。
噪声法:该方法比较简单,可以不与泵体接触,但由于噪声受周围环境噪声的影响较大.当显示其强度最高时,一般水泵汽蚀已达到非常强烈的阶段,这时人耳已能通过强烈的汽蚀爆裂声判别汽蚀工况。因此,泵体噪声法不太适合现场监测汽蚀的发生。
振动法:该方法是通过加速度计探头测量泵体振动频率的一种简单方法,但灵敏度较低,特别对于大泵,泵体刚度大,对泵内局部汽蚀引起的汽泡溃裂所产生的激振反应迟钝,同时,泵上振源较多,由于汽蚀引起的振动常被淹没在其它振动之中。因此,振动法只适宜作为现场监测汽蚀的辅助手段。
四、提高离心泵抗汽蚀性能的措施
1、提高离心泵本身抗汽蚀性能
(a)改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计;
增大过流面积;增大叶轮盖板进口段的曲率半径,减小液流急剧加速与降压:适当减少叶片进口的厚度,并将叶片进口修圆,使其接近流线形,也可以减少绕流叶片头部的加速与降压:提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失;将叶片进口边向叶轮进口延伸,使液流提前接受作功,提高压力。
(b)采用前置诱导轮,使液流在前置诱导轮中提前作功,以提高液流压力;
(c)采用双吸叶轮,让液流从叶轮两侧同时进入叶轮,进口截面增加一倍,进口流速可减少一倍;
(d)采用稍大的正冲角,以增大叶片进口角,减小叶片进口处的弯曲,减小叶片阻塞,以增大进口面积:改善大流量下的工作条件以减少流动损失,但正冲角不宜过大,否则影响效率;
(e)采用抗汽蚀的材料。实践表明,材料的强度、硬度、韧性越高,化学稳定性越好,抗汽蚀的能力越强。
2、提高进液装置有效汽蚀余量
(a)增加泵前贮液罐中液面的压力,以提高有效汽蚀余量;
(b)减小吸上装置泵的安装高度;
(c)将吸上装置改为倒灌装置;
(d)减小泵前管路上的流动损失,如缩短管路,减小流速,减少弯管和阀门,加大阀门开度等。
以上措施可根据泵的选型、选材和现场使用等条件进行综合分析,适当加以应用。
五、结束语
离心泵在污水、化工等领域都有着非常广泛的应用,采取有效措施避免或减少汽蚀的发生,有效延长泵的使用寿命,减少因泵的故障导致的经济损失,提高企业效率,确保安全稳定运行。
参考文献
〔1〕关醒凡 泵的理论与设计 1987
〔2〕张红兵等 化工工艺设计手册(第三版)2003