? ? ? 我們在檢修耐磨耐腐離心泵時,常常發(fā)現(xiàn)在葉片入口邊靠近前蓋板處和葉片入口邊緣附近有許多麻點和蜂窩狀凹坑或嚴重地破壞原有結(jié)構(gòu),甚至有的葉片禾蓋板被穿透的現(xiàn)象。這就是由于汽蝕所引起的破壞,在磨耐腐離心泵運行中產(chǎn)生了噪音和振動,并伴隨著流量揚程效率的降低而不能工作。

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? ? ? 一、耐磨耐腐離心泵發(fā)生汽蝕的原因

? ? ? 汽蝕現(xiàn)象是水和汽變化的物理特性,水在一定溫度和汽化壓力下促使它們相互轉(zhuǎn)化。由于離心泵在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對液體作功,使液體能量增加,在相互作用過程中,液體的速度和壓力在不斷變化,而葉輪入口處是壓力最低的地方,就會有蒸汽及溶解在液體中的氣體從液體中大量逸出,形成許多蒸汽與氣體混合的小氣泡。這些小氣泡隨液體流到高壓區(qū)時,氣泡在高壓區(qū)受壓破裂而重新凝結(jié)。在凝結(jié)過程中,液體質(zhì)點從四周向氣泡中心加速運動,在凝結(jié)的瞬間,質(zhì)點互相撞擊,產(chǎn)生很高的局部壓力。這些氣泡如果在金屬表面附近破裂而凝結(jié),則液體質(zhì)點就象無數(shù)小彈頭一樣,連續(xù)打擊在金屬表面上在壓力很大頻率很高的連續(xù)打擊下,金屬表面逐漸因疲勞而破壞,這就是機械剝蝕作用。在所產(chǎn)生的氣泡中還有化學腐蝕作用,在氣泡中的氧等活潑氣在壓力很大頻率很高的連續(xù)打擊下,金屬表面逐漸因疲勞而破壞,這就是機械剝蝕作用。在所產(chǎn)生的氣泡中還有化學腐蝕作用,在氣泡中的氧等活潑氣體在借助氣泡凝結(jié)時所放出的熱量,對金屬起化學腐蝕。金屬在氣泡的機械剝蝕和化學腐蝕的共同作用下,加快了損壞速度,發(fā)生汽蝕的部位很快就被破壞成蜂窩或海綿狀,使泵的性能下降,壽命縮短,直至無法工作。

? ? ? 針對汽蝕的破壞,從耐磨耐腐離心泵發(fā)生汽蝕原因中找出抗汽蝕性能的方法。

? ? ? 首先注意離心泵的安裝高度。

? ? ? 泵的安裝高度必須小于某一定值,也就是泵軸心線距液面的垂直高度(即吸上真空度),以確保葉輪內(nèi)各處壓力均高于液體的飽和蒸氣壓,避免產(chǎn)生汽蝕。

? ? ? 當離心泵吸入口處為絕對真空時,壓力為10.3m汞柱高度,而吸入口處是不可能達到絕對真空的。當葉輪吸入口處的壓力接近水的汽化壓力時,就會產(chǎn)生汽蝕,再加管路的摩擦阻力就更加吸不上水來,所以離心泵抽水時最大安裝高度(幾何高度)不可能達到10.33m,即最大吸上真空度通常都低于8.5m。為了保證離心泵運行時不發(fā)生汽蝕,同時又盡可能大的吸上水,以減少土建工程量,我國機標規(guī)定,將最大吸上真空度的試驗值減去0.3m的安全量,作為允許最大吸上真空度。所以在安裝離心泵時一定要按銘牌說明書上所規(guī)定允許最大吸上真空度(吸程)安裝,還必須注意最大吸上真空高度會隨流量的增加而下降,在注意安裝高度時還必須防止長時間在大流量下運行。

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? ? ? 二、改進耐磨耐腐離心泵葉輪入口的幾何形狀

? ? ? 從泵的本身來說,泵的吸入口處并不是泵內(nèi)壓力最低的地方,因為液體自泵的吸入口流到葉輪過程中還有能量損失,壓力還要降低,因為從泵吸入口到葉輪入口的過流面積一般是逐漸收縮的,同時液流方向也有變化,因而引起了附加的壓力降。在進入葉輪流道時(如圖)液體以相對速度Ⅵ,繞流葉片頭部,由于急速轉(zhuǎn)彎流速加快,在葉片背面K點壓力相應降到最大,當K點處的壓力等于液休在該溫度下的汽化壓力時,泵開始發(fā)生汽蝕。液體由離心泵入口到葉輪葉片入口邊壓力最低點,K的動壓降就是我們通常所說的最小汽蝕余量亼min(NPSJ)(當然NPS越小抗汽蝕性能越好)。當離心泵吸入口超過汽化壓力的能量數(shù)值降到正好等于液體的動壓降時,葉輪內(nèi)開始發(fā)生汽蝕,所以要使泵不發(fā)生汽蝕動壓降亼h( NPSHa)必須大于最小汽蝕余量αNPSh越大越不易汽蝕),也就是指泵吸入口處單位重量液體所具有的超過汽化壓力的富余能量必須超過汽化壓力最低限度的能量。

? ? ? 當泵的轉(zhuǎn)速和流量確定后,泵的最小汽蝕余量僅與吸入室和葉輪入口幾何形狀有關(guān),所以提高水泵抗汽蝕性能主要措施之一是改進葉輪入口的幾何形狀。

? ? ? 1.采用雙吸葉輪,雙吸葉輪相當于兩個葉輪背靠背地并聯(lián)工作,采用雙吸葉輪的泵的最小汽蝕余量相當于單吸葉輪泵的最小汽蝕余量的0.63倍,這樣大大提高了葉輪抗汽蝕性能。

? ? ? 2.采用較低的葉輪入口速度,適當增大葉輪入口直徑,提高了泵的抗汽蝕性能,但必須注意不是葉輪入口速度越低,葉輪入口直徑越大越好。因為隨入口直徑増加后,密封環(huán)處間隙面積増大,泄漏量增加,使泵容積效率降低,另一方面,葉輪入口直徑增大后,相對地縮短了流道長度,影響水力效率。所以在確定入口直徑時,除了要考慮泵的抗汽蝕性能外,還要兼顧泵的效率

? ? ? 3.增大葉片入口邊寬度,可以使葉輪入口相對速度W減小,從而提高泵的抗汽蝕性能。通常是在増大葉片入口邊寬度與適當增大葉輪入口直徑聯(lián)合起來考慮,經(jīng)驗表明葉片入口過流面積和葉輪入口面積之比在1.1至2.5范圍較好。對分數(shù)式多級泵第一級葉輪,一般略為加大葉輪入口直徑以減低液體進入葉輪時的流速,提高泵的抗汽蝕性能,而其他各級葉輪由于已有一定的吸入壓力,故就盡量減小葉輪入口直徑,以提高泵的效率。

? ? ? 4.適當選擇葉片數(shù)和沖角可以改善泵的汽蝕性能

? ? ? 一般葉片數(shù)取6片,對低比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可以取9片,對高比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可以取4~5片。? ? ?

? ? ? 確定葉片數(shù)Z按經(jīng)驗公式估計Z=(1.1~1.5)D2，D2為葉輪外徑,單位cm。

? ? ? 沖角是葉輪入口處的葉片安放角比相對速度液流角增大了一個角度,一般沖角取3°~15°,實驗表明適當加大沖角可以延緩泵在大流量工況工作時抗汽蝕性能,但如果正沖角超過20°,將引起效率下降,如果取負沖角,則泵的抗汽蝕性能明顯惡化。

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? ? ? 三、耐磨耐腐離心泵采用抗汽蝕材料

? ? ? 當由于使用條件所限,不可能完全避免發(fā)生汽蝕時,應采用抗汽蝕材料制造葉輪,以延長葉輪的使用壽命,一般來說,零件表面越光滑,材料強度和韌性越高,硬度和化學穩(wěn)定性越高,則材料的抗汽蝕性能也越好,實驗證明鋁鐵青銅9-42α13稀土合金鑄鐵和高鎳鉻合金等材料,比普通鑄鐵的抗汽蝕能力大得多。

? ? ? 1.不同的材料抗汽蝕能力有十分明顯的區(qū)別影響材料抗機械剝蝕能力的因素很多,通常具有高硬度和高彈性的材料抗機械剝蝕的能力較強,囯外推薦低碳鉻鎳合金鋼,如134N作為在汽蝕狀態(tài)下工作的水力機械材料。某泵站葉輪將原鑄鋼改換為不銹鋼,運行多年未發(fā)現(xiàn)其破壞斑痕。銅葉輪比鑄鐵葉輪抗汽蝕效果好。

? ? ? 2.為防化學腐蝕給葉輪涂層的方法比較常用。

? ? ? 非金屬涂料采用環(huán)氧樹脂尼龍粉、聚胺脂等,但應注意操作工藝,以防止涂層脫落。當今,在流道表面堆焊合金或噴涂合金的方法防止汽蝕破壞有一定效果,如不銹鋼焊條堆焊法、不銹鋼鑲焊修補法合金粉末噴焊和高速火焰噴涂

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? ? ? 四、采用誘導輪提高耐磨耐腐離心泵的抗汽蝕性能

? ? ? 在離心泵的葉輪前加裝誘導輪能提高泵的抗汽蝕性能,解決汽蝕問題,效果很好,而且運行維修方便。當液體流過誘導輪時,誘導輪首先對液體做功相當于進入后面葉輪的液體起到增壓作用,從而提高了壓力。雖然增加了電機的部分負荷,但由于電機的功率一般都比較大,所以電機仍能滿足要求,勿需更換電機。但在設(shè)計制造斷面形狀誘導輪時必須注意誘導輪的外徑輪轂直徑葉片數(shù)葉片間距葉片長度厚度外圓處的液流角葉片沖角以及葉片入口邊形狀。誘導輪成螺旋形,螺旋外徑處的螺旋角較小,內(nèi)徑處的螺旋角較大,以保證螺旋的導程相等。實踐表明,如果離心葉輪和誘導輪合裝后配合恰當,揚程有所提高,泵的汽蝕少,轉(zhuǎn)數(shù)提高,效率也略升。隨著人們對誘導輪的認識和設(shè)計制造水平的提高,以及使用經(jīng)驗的不斷積累,將誘導輪作為提高泵抗汽蝕性能的最有力措施而被廣泛應用。

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? ? ? 五、修整葉片頭部

? ? ? 修整葉片頭部對降低葉片進口的水流速度,減小葉輪進口排擠,提高耐磨耐腐離心泵的抗汽蝕能力是有效的試驗結(jié)果是將葉片頭部背面修薄,在靠近葉輪前蓋板處也修薄一些,不僅延長了葉輪使用壽命,還發(fā)現(xiàn)汽蝕余量下降0.5左右。

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