劉德斌,賈 誼,趙麗麗

(大化集團(tuán) 大連化工股份有限公司,遼寧 大連 116032)

離心泵氣蝕的發(fā)生及預(yù)防

劉德斌,賈 誼,趙麗麗

(大化集團(tuán) 大連化工股份有限公司,遼寧 大連 116032)

離心泵;氣蝕;有效氣蝕余量;臨界氣蝕余量;許用氣蝕余量

離心泵葉片葉端的高速減壓區(qū),在此形成空穴,空穴在高壓區(qū)被壓破并產(chǎn)生沖擊壓力,破壞金屬表面上的保護(hù)膜,而使腐蝕速度加快。氣蝕的特征是先在金屬表面形成許多細(xì)小的麻點(diǎn),然后逐漸擴(kuò)大成洞穴。

1 氣蝕發(fā)生的機(jī)理

氣蝕的機(jī)理是由于沖擊應(yīng)力造成的表面疲勞破壞,在液體的化學(xué)和電化學(xué)作用下加速了氣蝕的破壞過程。

離心泵發(fā)生氣蝕時(shí)總伴有噪音和震動(dòng)現(xiàn)象,吸入的液體內(nèi)混有大量氣泡,泵的流量、揚(yáng)程、功率和效率都要降低,嚴(yán)重時(shí)可使泵損壞且使其斷流。

發(fā)生氣蝕的基本條件是葉片入口的最低液流壓力低于該溫度下液體的飽和蒸汽壓力。

有效氣蝕余量是指介質(zhì)自吸入罐經(jīng)吸入管道到達(dá)泵入口后,所富余的高出氣化壓力的那部分能頭,這個(gè)富余能頭習(xí)慣上稱為有效氣蝕余量,用符號Δha表示。它的數(shù)值大小與吸入管路優(yōu)劣有關(guān),與泵本身無關(guān)。當(dāng)NPSHa數(shù)值大時(shí),表示吸入管路設(shè)計(jì)合理,其值愈大愈好,要強(qiáng)調(diào)的是上述都是指泵在輸送液體為水且又在常溫時(shí)。當(dāng)輸送液體為烴時(shí),其汽化壓力和烴的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān),要進(jìn)行必要的修正。在非常溫時(shí),就是輸水也要進(jìn)行飽和蒸汽壓的修正。在高原地區(qū)因大氣壓低,也要進(jìn)行必要的修正。有效氣蝕余量數(shù)值的大小與泵吸入罐的壓力、溫度、吸入管道的幾何安裝高度、介質(zhì)的性質(zhì)等操作條件有關(guān),與泵本身的結(jié)構(gòu)尺寸無關(guān),因此有效氣蝕余量又稱為泵裝置的有效氣蝕余量。泵的必需氣蝕余量表示介質(zhì)從泵入口到葉輪內(nèi)最低壓力點(diǎn)處的全部能量損失,用Δhr表示。這個(gè)值越小,泵越不容易發(fā)生氣蝕。

2 氣蝕關(guān)系式及裝置氣蝕余量計(jì)算

泵發(fā)生氣蝕的條件是由泵本身和吸入裝置兩方面決定的。因此,研究氣蝕發(fā)生的條件,應(yīng)從泵本身和吸入裝置雙方來考慮,泵氣蝕的基本關(guān)系式為:

NPSHc≤NPSHr≤[NPSH]≤NPSHa

NPSHa=NPSHr(NPSHc)——泵開始?xì)馕g

NPSHa>NPSHr(NPSHc)——泵無氣蝕

式中:NPSHa——裝置氣蝕余量又叫有效氣蝕余量,越大越不易氣蝕;

NPSHr——泵氣蝕余量,又叫必需的氣蝕余量或泵進(jìn)口動(dòng)壓降,越小抗氣蝕性能越好;

NPSHc——臨界氣蝕余量,是指對應(yīng)泵性能下降一定值的氣蝕余量;

[NPSH]——許用氣蝕余量,是確定泵使用條件用的氣蝕余量,通常取[NPSH]=(1.1～1.5)NPSHc。

裝置氣蝕余量的計(jì)算:

NPSHa=Pc/ρg±hg-hc-Ps/ρg

3 防止發(fā)生氣蝕的措施

液體泵產(chǎn)生氣蝕的外部原因盡管很多,例如除與泵本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)外,還與安裝、操作密切相關(guān),但是根據(jù)產(chǎn)生氣蝕的根本原因是由于部分液體在泵內(nèi)氣化,所以防止液體氣化是避免液體泵氣蝕的根本措施。

欲防止發(fā)生氣蝕必須提高NPSHa,使NPSHa >NPSHr,防止發(fā)生氣蝕的措施如下:

1)減小幾何吸上高度hg(或增加幾何倒灌高度);

2)減小吸入損失 hc,為此可以設(shè)法增加管徑,盡量減小管路長度、彎頭和附件等;

3)防止長時(shí)間在大流量下運(yùn)行;

4)在同樣轉(zhuǎn)速和流量下,采用雙吸泵,因減小進(jìn)口流速、泵不易發(fā)生氣蝕;

5)泵發(fā)生氣蝕時(shí),應(yīng)把流量調(diào)小或降速運(yùn)行;

6)泵吸水池的情況對泵氣蝕有重要影響;

7)對于在苛刻條件下運(yùn)行的泵,為避免氣蝕破壞,可使用耐氣蝕材料。

因此有兩種方法可以提高泵的吸入壓頭:①提高液體的高度,即足夠的水力壓頭-H,這個(gè)可將貯槽安裝在較高的水平位置上(提高 Hb的值)。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),貯槽的基礎(chǔ)應(yīng)比該泵的基礎(chǔ)高1 m以上為佳;②通過增壓器將貯槽壓力提高-H。

為了盡量減少 Hq或 Hf的損失,在液體泵配管上特別要注意以下幾點(diǎn):

1)進(jìn)口管應(yīng)盡可能地保持最短距離,并應(yīng)避免管路中出現(xiàn)“U”型彎管。

2)進(jìn)口管、出口管必須有合適的管徑,應(yīng)保持介質(zhì)的流速在國標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi),并盡可能地減少流動(dòng)阻力。

3)除必要的數(shù)量外,在管路中應(yīng)盡量減少接頭、彎管和閥門的數(shù)目。

4)進(jìn)口管必須盡可能地絕熱。

5)在閥門、管件、管道的固定處,即在液體可能沸騰的地方固定撐腳,應(yīng)采用絕熱板隔離,以防冷損。

6)在2個(gè)閥門之間的液體管路上必須裝上安全閥,以免管路閥關(guān)閉時(shí)殘留液體引起超壓。

7)在泵的進(jìn)口管上需增設(shè)一段波紋管(波紋管的有效圈數(shù)5～10圈)或軟管及過濾器,以保持管路系統(tǒng)的撓性和液體內(nèi)的雜質(zhì)不進(jìn)入泵體內(nèi)。

另外還要注意以下幾點(diǎn):

1)降低泵的安裝高度,以提高泵的進(jìn)口壓力。提高液體過冷度,這樣就不容易發(fā)生氣化了。

2)加強(qiáng)液體管路的保冷,以防液體因吸收熱量造成溫度升高而氣化;

3)不要讓液體泵在空轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間過長。因?yàn)楫?dāng)液體泵的出口閥關(guān)閉時(shí),有效功率為零。電機(jī)消耗的功率只用于攪拌泵內(nèi)的液體,將使液體的溫度升高,以致造成氣化。一般規(guī)定,在啟動(dòng)前將出口閥打開1/3為宜;

4)如果一旦發(fā)生氣蝕現(xiàn)象,應(yīng)立即進(jìn)行排氣,直至停泵處理,以確保液體泵的安全。

TH 311

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1005-8370(2010)04-29-02

2010-04-21