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加装诱导轮改善离心泵抗汽蚀性能

摘要:通过对离心泵汽蚀现象的分析和改善离心泵抗汽蚀性能的几个方案的比较,在不影响正常生产的前提下,解决机泵的汽蚀问题,应首选在其入口加装诱导轮。水环真空泵经实际改造后,取得良好效果。

关键词:离心泵;汽蚀;诱导轮

Abstract: The cavitation in the centrifugal pumps is analysed and the kinds of the schemes are compared. In the regular production, installing a inducer is a better choose of resistance to the cavitation. The improvement of installing a inducer achieved good results.

Key word: centrifugal pump; cavitation; inducer

1、前言

燕化化学品事业部的间甲酚装置是耐腐蚀泵目前世界上生产规模最大的甲酚生产装置之一,由于先天不足,对其进行了多次改造。在改造过程当中,机泵运行的工艺参数变化较大,导致该装置多台机泵发生了严重的汽蚀现象,这其中又以143-J/JA、217-J/JA等最为严重。对其解体检查,发现叶轮及泵的吸入口已经严重点蚀,同时,这些机泵在运转时,不仅振动严重、噪音大,而且效率明显下降。表1为这两组设备的运行情况调查表。

表1 143-J/JA、217-J/JA运行情况调查表

型号 振幅(mm)
 噪音(dB)
 效率(%)
 维修周期(天)
 点蚀最大坑深(mm)
 
143-J/JA
 0.46
 49
 43.0
 8.5
 2.3
 
217-J/JA 0.47
 52
 46.5
 7.3
 2.7
 由上表可以清楚地看到:这两组设备已经发生了严重的汽蚀现象,它造成设备检维修频繁,备品配件消耗量增大,成本增加,极大地威胁着装置的安、稳、长、满、优生产。因此,解决这一影响生产中的实际问题就成为必然。

2、汽蚀现象及解决方案

2.1汽蚀现象

由于叶轮叶片入口附近液体压力小于或等于液体输送温度下的饱和蒸汽压力时,液体就汽化,同时还可能有溶解在液体内的气体逸出,形成大量气泡,气泡随液体流到叶道内压力较高处时又瞬时凝结溃灭。在气泡凝结溃灭的瞬间,气泡周围的液体迅速冲入气泡凝失形成的空穴,形成强大的局部高频高压水击,金属表面因疲劳而产生剥蚀。同时,由于活泼不锈钢水泵气体(如氧气)的存在以及气泡凝结时产生的局部高温,导致金属表面发生电化学腐蚀。上述这一过程称为汽蚀现象。

2.2影响汽蚀的因素

影响液体压力和饱和蒸汽压力的因素都会影响汽蚀的发生。

2.2.1影响的因素

①泵进口的结构参数:包括叶轮吸入口的形状、叶片入口边宽度及叶片进口边的位置和前盖板形状等。

②泵的操作条件:它包括泵的流量、扬程及转速等。

③泵的安装位置:它包括泵的吸入管路水力损失及安装高度。

④环境因素:它包括泵安装地点的大气压力。

2.2.2影响的因素

它包括介质本身的性质及介质操作温度。

2.3解决离心泵汽蚀问题的几个方案

根据以上对影响汽蚀因素的分析,我们可以得到如下几个解决离心泵汽蚀问题的方案:

①改进泵入口的结构参数

这一方案适于在离心泵的设计制造阶段,该方法在生产现场很少采用。

②在泵的吸入口加装诱导轮

加装诱导轮,对提高离心泵的抗汽蚀性能,解决汽蚀问题,效果很显著。而且其结构简单易于制造安装,运行维修方便,造价低,在不影响生产的前提下即可进行安装调试,特别适于在生产现场推广应用。

③合理设计吸入管路及调整安装高度

该方法虽能彻底消除汽蚀问题,但在生产现场却很少采用。这是因为调整泵的吸入管路及安装高度,工程量大、施工费用高,并且受施工环境的制约,只有在装置停车或大检修时才能进行;同时,由于工艺条件的限制,调整泵的吸入管路及安装高度又将影响后续工艺,具有连锁反应。

④优化工艺操作条件

在工艺条件允许的情况下,改变泵的流量、扬程、转速及介质的操作温度等操作参数,可以避免汽蚀的发生。但由于工艺条件的限制,优化工艺操作条件具有很大的局限性,大部分情况下效果并不显著。所以,可将该方法作为解决汽蚀问题的辅助方法。

2.4方案的确定

通过对以上几个方案的分析比较,在不影响正常生产的前提下,解决机泵的汽蚀问题,应首选在其入口加装诱导轮。

3、诱导轮的设计

当液体流过诱导轮时,诱导轮对液体做功,相当于对进入后面叶轮的液体起到增压作用,从而提高了压力。该方法虽然增加了电机的负荷,但由于电机的功率一般都比较大(一般要比离心泵的轴功率大20~30%),且诱导轮尺寸受吸入口管径的影响,其增压范围有限。一般情况电机仍能满足要求,勿需更换电机。

由于目前对于诱导轮的认识尚处于摸索阶段,对一些理论问题还没有统一的看法。因此,诱导轮的设计在很大程度上是根据经验,并结合机泵的实际结构而进行的。下面将以217-J/JA(型号D1011 3×11/2×8)泵(如图1)为例,介绍诱导轮的设计方法,为生产现场机泵汽蚀问题的解决提供一些参考。

3.1特性参数和操作参数(表2)

表2 特性参数和操作参数

叶轮直径
 流量
 扬程
 转速
  比转数
 
特性参数 173
 41
 81.5
 3550
 51.0
 
操作参数   30
 51.4
 2960
 51.4
 3.2 诱导轮的设计计算[1]

假定诱导轮外径为,轮毂直径为,取,则诱导轮外径为;则轮毂直径为;取叶片数为,则叶片外圆处间距为;取,则外圆处叶片长度为;外圆处叶片安放角为;诱导轮外圆处叶片包角为;叶片入口边半径为;诱导轮外圆处叶片轴向长度为;轮毂处叶片安放角为;取轮毂处叶片最大厚度为;取外圆处叶片最小厚度为。

4、安装诱导轮后的抗汽蚀性能计算

4.1 诱导轮汽蚀余量[2]

诱导轮流量为其中为诱导轮外缘间隙泄漏量,为影响诱导轮流量的泵泄漏量。

诱导轮汽蚀比转速为其中为进口流量系数,诱导轮进口轴面速度,轮缘进口圆周速度。

所以,诱导轮汽蚀余量为

4.2 加装诱导轮后主叶轮汽蚀性能分析

一般诱导轮扬程系数,则诱导轮实际产生的扬程为217-J/JA泵未装诱导轮时,当流量为Q=30m3/h,汽蚀余量为。加装诱导轮后主叶轮的汽蚀余量为加装诱导轮后,主叶轮的汽蚀余量减少。

按上述计算结果对该设备进行改造,如图1所示,改造后对其运行情况进行调查分析,结果见表3。

表3 改造前后运行情况对比表
  项目
 改造前
 改造后
 
振幅(mm)
 0.47
 0.02
 
叶轮点蚀情况
 叶轮入口处为海绵状麻坑
 叶轮表面无显著的麻坑
 
维修周期(天)
 7.3
 >90
 
电机电流(A)
 6.9~7.0
 7.0~7.2
 通过上述计算可以看出,在泵的吸入口加装诱导轮,显著提高了泵的抗汽蚀性能,阻止了汽蚀现象的发生,大大提高了设备的运行周期,从而稳定装置生产,降低设备的检维修费用,提高了企业的经济效益。

5、结论

加装诱导轮己成为提高离心泵抗汽蚀性能的重要措施之一,尤其是在生产现场中,这不仅是因为它效果显著、结构简单、易于制造安装,更重要的是它造价低、通用性强、维修方便。

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