关于离心泵汽蚀的防止措施讨论

2014-10-20 19:22刘霖
科技资讯 2014年22期
关键词:汽蚀离心泵措施

刘霖

摘 要:离心泵汽蚀是造成水泵运行不稳,甚至造成工艺中断及设备损坏的原因之一,为防止离心泵发生汽蚀,参考有关专业资料、运行规程,相关数据和运行规程,结合实际情况编写本预防措施。

关键词:离心泵 汽蚀 措施

中图分类号:TM62 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)08(a)-0068-01

1 离心泵汽蚀定义

汽蚀又称为空蚀,离心泵通过叶轮的旋转对液体做功,使液体能量增加,在此过程中,液体的速度和压力是变化的。离心泵入口处是压力最低的地方,加上液体流入叶片时的压降和损失,叶轮的叶片进口处通常是压力最低区域。如果这个区域的液体压力等于或低于该温度下液体的汽化压力pv就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量逸出,形成许多蒸汽与气体混合的汽泡,这些小汽泡随液体流动到高压区域时,由于汽泡内部始终是汽化压力pv,而汽泡周围液体的压力却是很大的,因而这些小气泡内外便产生了压力差。在这个压力差的作用下,汽泡受压而破裂重新凝结。在凝结过程中,液体的质点便从四面八方向汽泡中心加速运动,就在这凝结的瞬间,无数小质点相互撞击,产生很高的局部压力。如果这些小汽泡在金属表面附近破裂而凝结,则液体质点就像无数个小弹头一样,连续不断的打击金属表面,压力很大(可达数百兆帕)、频率很高(每秒钟达2万多次)且集中作用在极微小的面积上。这种现象反复发生并长期继续下去,就使材料表面遭到严重的侵蚀破坏,通常把这种破坏称为汽蚀。在所产生的汽泡中,还夹杂一些活泼的气体(如氧气等),这些活泼的气体借助于汽泡凝结时所放出的热量,对金属还起化学腐蚀作用。在化学腐蚀和机械腐蚀的共同作用下,更加快了金属损坏的速度,这种现象叫做汽蚀破坏现象。

在液体中,汽泡的产生及消失也就是液体中汽蚀现象的产生过程。离心泵开始发生汽蚀时,汽蚀区域较小,是局部的,对离心泵的正常工作没有明显影响,在离心泵的性能曲线上也没有明显的反映,称为潜伏汽蚀。当汽蚀发展到一定程度,汽泡大量产生,影响液体的正常流动,破坏了液流的连续性而阻塞流道,增大了流动阻力,甚至造成流液中断,发生震动和噪音,使离心泵的流量、扬程和效率明显下降。

2 离心泵的汽蚀的危害

水击是汽蚀现象的主要特征,局部压力高达30 MPa(测压面积为1.5 mm2)。曾测得发生液体汽蚀时水击的频率有25000次/每秒钟,金属表面在水击的反复敲击下,受到疲劳损坏。并且,在连续的周期性的压力波作用下,液体很快就渗入和流出金属的孔隙,金属表面出现麻坑或剥蚀,金属质点脱离母体而被液体带走,产生严重的点蚀现象。泵的零件在这样大的周期性作用力下,将引起泵的噪音和振动;另一方面由于水的汽化,水中会分离出氧气,对金属部件产生氧化腐蚀,所以汽蚀对泵的危害很大,主要表现在下述几个方面。

2.1 扬程、功率和效率明显下降

离心泵运行时,如果发生汽蚀,则因液体中含有汽泡,其扬程略有降低。但在开始产生汽蚀时,因叶片表面上有一层液体蒸汽覆盖着,叶片好像更光滑了,故泵效率反而有所提高。当汽蚀现象继续扩展,汽泡大量产生,最后造成脱流现象,这时水泵的扬程、功率及效率会迅速下降,如图1所示。尤其对低比转数的离心泵更为明显。因为低比转数的泵,其叶轮过水断面较狭窄,故脱流一旦发生就会布满全部叶片,因此其扬程、功率及效率均迅速下降。

2.2 泵产生振动和噪音

发生汽蚀时,伴随着气泡在压力较高处连续不断溃灭,液体质点互相撞击,产生强烈的水力冲击,也撞击金属表面,产生各种频率的噪声,严重时可听见泵内有“劈啪”的爆炸声,同时引起机组振动。

2.3 破坏过流部件

因机械剥蚀和电化学腐蚀的作用,使金属材料发生破坏,通常受汽蚀破坏的部位多在叶轮出口附近和排液孔进口附近。汽蚀初期,表现为金属表面出现麻点,继而表面呈现海绵状、沟槽状、蜂窝状、鱼鳞状等痕迹;严重时可造成叶片或前后盖板穿孔,甚至叶轮破裂,酿成严重生产事故。

3 离心泵的汽蚀的防止措施

要避免汽蚀,就要防止液体在泵内产生汽泡,使离心泵流道内的各处压力均大于当时水温下的汽化压力pv。所以离心泵内是否会发生严重的汽蚀,一方面取决于泵本身特别是叶轮设计和制造的好坏;另一方面也取决于对泵的进水管道布置和安装是否合理。现分别叙述如下。

3.1 改进离心泵叶轮的几何尺寸

(1)加大离心泵叶轮入口直径。增大叶轮入口直径,即降低叶轮入口速度,可以提高泵的抗汽蚀性能。特别是对低比转数(ns≤100)的离心泵,其效果尤为显著。

(2)加大离心泵叶轮叶片进口边的宽度。增大宽度,可以使叶轮入口相对速度减小,亦可提高泵的抗汽蚀性能。对低比转速(ns≤100)的泵的效果明显。

(3)采用双吸叶轮。因为双吸叶轮相当于两个叶轮背靠背地并联运行,这就降低了叶轮入口速度,从而可提高离心泵的抗汽蚀性能。

(4)使叶轮叶片入口边向叶轮吸入口方向延伸。这种方法有利于提高泵的抗汽蚀性能。但对低比转数泵的叶轮来说,要考虑由于叶轮入口叶片排挤而造成的压力损失。

(5)加大叶轮前盖板的弯曲半径。由实验知,这样不但能推迟汽蚀的发生,而且能保证外部特性不变,有利于提高泵的汽蚀性能。

实验结果表明,为了提高叶轮抗汽蚀性能,主要是采取减少叶轮叶片数,减薄叶片进口厚度,加宽叶轮进口流道,叶片向叶轮入口方向延伸等措施。采取这些措施的目的是加大叶轮入口及其流道的流通面积,从而减小液体进入叶轮后的流速,降低流体阻力,避免过大的压降。

3.2 减小离心泵吸入管路的压力损失

减小吸入管路压力损失的措施有:采用最短的吸入管路;减少不必要的管道附件,如弯头、阀门等;减小管内流速等。

3.3 加强对离心泵的检查,提高操作技能

(1)检查离心泵管路及结合处有无松动现象。盘动离心泵,试看离心泵是否灵活。有无卡涩。

(2)检查轴承润滑机油,观察油位应在油标的中心线处,润滑油应及时更换或补充。

(3)点动电机,试看电机转向是否正确。

(4)开动电机,当离心泵正常运转后,打开出口压力表和进口真空泵视其显示出适当压力后,逐渐打开闸阀,同时检查电机负荷情况。

(5)尽量控制离心泵的流量和扬程在标牌上注明的范围内,以保证离心泵在最高效率点运转,才能获得最大的节能效果。

(6)离心泵在运行过程中,时刻监测轴承温度,最高温度不得超过75 ℃。

(7)如发现泵有异常声音应立即停车检查原因。

(8)经常调整填料压盖,保证填料室内的滴漏情况正常(以成滴漏出为宜)。

(9)定期检查轴套的磨损情况,磨损较大后应及时更换。

(10)离心泵在寒冬季节使用时,停车后,需将泵体下部放水螺塞拧开将介质放净,防止冻裂。

(11)离心泵长期停用,需将泵全部拆开,擦干水分,将转动部位及结合处涂以油脂装好,妥善保管。

参考文献

[1] 邵和春.汽轮机运行[M].中国电力出版社,2012.

[2] 耿宝林.汽轮机技术问答[Z].石家庄自动化技术公司,1991.

[3] 刘爱忠.汽轮机设备及运行[M].北京:中国电力出版社,2003.

[4] 王国清.汽轮机设备运行技术问答[M].北京:中国电力出版社,2004.

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