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離心泵汽蝕危害及解決方法

作者:耐酸泵      瀏覽量:3354次      日期:2021-8-22

        汽蝕是離心泵運行過程中較常見的問題,會引起耐酸泵振動和噪音的增加、性能的下降和造成零部件的嚴重損壞。
一、汽蝕的種類
        汽蝕可以分為:葉面汽蝕、間隙汽蝕、粗糙汽蝕、空腔汽蝕、回流汽蝕。
1 葉面汽蝕
        是指發(fā)生汽蝕現(xiàn)象時,氣泡的形成和破滅基本上都發(fā)生在葉片的正反面,也稱為翼型汽蝕,這是離心泵汽蝕的主要形式。當耐酸泵安裝過高時,即使耐酸泵在設計工況下運行,在葉片進出口的背面也易出現(xiàn)低壓區(qū):
        1)當耐酸泵在大流量工況下運行時,葉片前緣正面發(fā)生脫流和漩渦,產(chǎn)生負壓,有可能引起葉片正面發(fā)生汽蝕。
        2)當耐酸泵在小流量工況下運行時,葉片的背面產(chǎn)生漩渦,出現(xiàn)低壓區(qū),從而致使葉片背面產(chǎn)生汽蝕。
2 間隙汽蝕
        是指當液體流經(jīng)狹小通道或間隙時,引起過流部件局部流速升高、壓力下降到汽化壓力時所形成的汽蝕。
        在離心泵殼體耐磨環(huán)與葉輪外緣(蓋板)之間的間隙處,在葉輪進、出口兩側(cè)的壓差(特別是較大壓差)作用下,出口側(cè)液體高速回流,造成局部壓降,引起汽蝕。
        軸流泵葉片外緣與泵殼之間很小的間隙內(nèi),在葉片正、反面壓差的作用下,也會因間隙中液體的反向流速大,造成局部壓降,在泵殼對應葉片外緣部位引起汽蝕,并在轉(zhuǎn)輪體與葉片外緣部位形成一條蜂窩麻面汽蝕帶。
3 粗糙汽蝕
        是指液體流經(jīng)泵殼內(nèi)凹凸不平的粗糙過流部件表面時,在凸出物下游產(chǎn)生漩渦,引起局部壓力降低、導致汽蝕。泵過流部件在鑄造和加工時,形成的表面不平、砂眼、氣孔等都可能引起局部流態(tài)突然變化而造成汽蝕。
4 空腔汽蝕
         是指在耐酸泵的進口處,由于進水條件不好或淹沒深度不夠,在吸入室產(chǎn)生螺旋狀的漩渦帶。當漩渦帶中心壓力降低到汽化壓力時也會引起汽蝕,并伴有強烈的振動發(fā)生。
5 回流汽蝕
        通常來說,發(fā)生汽蝕的前提條件是NPSHa<NPSHr,即裝置汽蝕余量小于泵的必需汽蝕余量。但卻有一種特例,在NPSHa>NPSHr時也會發(fā)生汽蝕,即回流汽蝕。由于它出現(xiàn)在低于設計流量點運行時,因此也稱為小流量汽蝕。
        當耐酸泵送流量太小或入口壓力太高時,就會發(fā)生回流現(xiàn)象。當耐酸泵送流量太小時,內(nèi)部回流發(fā)生在葉輪的入口;當耐酸泵入口壓力太高時,內(nèi)部回流發(fā)生在葉輪出口處。內(nèi)部回流致使液體流速的增加直至汽化產(chǎn)生汽泡,然后在周圍較高壓力下破裂。當吸入口發(fā)生內(nèi)部回流時,在耐酸泵的吸入口周圍會發(fā)出不規(guī)則的噼噼啪啪的噪音,并伴有高強度的爆震聲。
回流汽蝕一般可以通過以下方法進行改善:
1)提高耐酸泵的輸出流量。
2)在耐酸泵的入口和出口之間加裝旁路(該方法在實際應用中客戶很難接受)。
3)優(yōu)化葉輪的結構(減小葉輪入口面積)。
二、汽蝕的危害
1 性能下降、管路損壞
         汽蝕會導致泵的性能明顯降低。通常對于離心泵來說,當入口壓力降低到某種程度時,其性能會急劇下降,該現(xiàn)象也叫汽蝕斷裂。汽蝕也會使流體內(nèi)部出現(xiàn)不穩(wěn)定性,這些不穩(wěn)定性會導致流量和壓力的振蕩,在振動的助推下,可能會引起泵及其進出口管路損壞。
2 嚴重損傷耐酸泵的過流部件
        汽蝕會導致零部件表面的破壞,汽泡破裂時周圍液體產(chǎn)生極高的沖擊壓力(壓力峰值)可達49 MPa,當這種汽蝕液力強度大于材料抵抗這種沖擊能力時,就會導致局部的壁面材料疲勞失效和表面材料脫落,汽蝕發(fā)生的同時伴隨化學腐蝕和電化學腐蝕。汽蝕初期材料的腐蝕及塑性變形產(chǎn)生的凹坑尺寸約10 μm~50 μm,特別是一些耐蝕性較差的材料在長期汽蝕作用下會出現(xiàn)馬蜂窩狀結構。
3 產(chǎn)生振動和噪音
        在汽泡凝結縮小、破裂的瞬間,汽泡周圍的液體將高速填充(汽泡凝結破裂形成的)空穴,產(chǎn)生了壓力脈動,從而激發(fā)了振動和噪聲。汽蝕噪聲頻率一般為10 kHz~100 kHz,而回流及壓力脈動引起的汽蝕噪聲頻率在幾百Hz左右,人耳對此特別敏感。同時汽蝕也會激發(fā)振動,汽蝕產(chǎn)生振動的主要頻率一般在1 kHz左右。
         汽蝕除了噪聲比較大,還體現(xiàn)在振動指標上,如耐酸泵的底座剛度不足和管路支撐不良將會產(chǎn)生結構性共振;耐酸泵安裝后底座用混凝土進行灌注,管路的支撐剛度足夠,一般不會導致強烈的振動現(xiàn)象,但在耐酸泵體上通過振動測量,汽蝕產(chǎn)生的振動頻率中高頻分量占主導,振動的加速度值相較振動位移和振動速度要高。
三、改善汽蝕性能的常用措施
        1 提高離心泵本身抗汽蝕性能的措施
        1)改進耐酸泵的吸入口設計
        通過對葉輪的修磨,增大過流面積;
        增大葉輪蓋板進口段的曲率半徑,減小液流急劇加速與降壓;
        適當減少葉片進口的厚度,并將葉片進口修圓(打磨葉片頭部,削尖,以減少進口沖擊損失,降低進口沖角的敏感性,必需汽蝕余量可以下降0.5米左右),使其接近流線形,也可以減少繞流葉片頭部的加速與降壓;
提高葉輪和葉片進口部分表面光潔度以減小阻力損失;
將葉片進口邊向葉輪進口延伸,使液流提前接受做功,提高壓力。
        2)增加前置誘導輪
        使液流在前置誘導輪中提前做功,以提高液流壓力(該方案需要改變結構、需重新校核各種設計參數(shù))。
        3)采用雙吸葉輪
        增加葉輪進口面積、降低進口液體流速(流速降低,壓力增加)。
        4)采用稍大的正沖角
        以增大葉片進口角,減小葉片進口處的彎曲,減小葉片阻塞,從而增大進口面積;
        改善大流量下的工作條件,以減少流動損失。但正沖角不宜過大,否則影響效率。
        5)采用低轉(zhuǎn)速的耐酸泵
        轉(zhuǎn)速越低,NPSHr越小。
        6)采用抗汽蝕的材料
        實踐證明,材料的強度、硬度、韌性越高,化學穩(wěn)定性越好,抗汽蝕的性能越強。
        2 提高裝置汽蝕余量的措施
        1)增加耐酸泵前貯液罐中液面的壓力,以提高有效汽蝕余量。
        2)降低吸上裝置中耐酸泵的安裝高度,尤其輸送介質(zhì)為熱水時,需要考慮吸上高度和介質(zhì)溫度的關系。
        3)將吸上裝置改為倒灌裝置。
        4)減小耐酸泵前吸入管路上的流動損失。如在要求范圍盡量縮短管路,采用合適的吸入管路管徑和過濾器過濾面積(如有)以降低管路中的流速,減少彎管和閥門數(shù)量,盡量加大閥門開度等。
        5)如果間隙汽蝕嚴重,可采取在葉輪上打平衡孔的辦法來減少泄漏流速,以減輕汽蝕程度。葉片上的平衡孔對葉輪進口注入液流起著破壞干擾作用,平衡孔的面積應不小于密封環(huán)間隙面積的5倍,以減小泄漏流速,從而減小對主液流的影響、提高耐酸泵的抗汽蝕能力。
        6)經(jīng)驗表明,從汽蝕產(chǎn)生的機理出發(fā),向吸入口補充適量的氣體可以破壞汽蝕發(fā)生的條件。但采用補氣防止耐酸泵的汽蝕,其技術性很強,只有補氣量、補氣位置和補氣方式恰當,才能取得良好的效果。否則,會使泵的流量、揚程和效率下降很多,甚至泵在運行中出現(xiàn)斷流、引起不良后果。
        鑒于這個補氣量多少合適、如何準確計量補氣量等不易控制,建議補氣閥采用可以進行流量調(diào)節(jié)的針閥,現(xiàn)場調(diào)節(jié)時可以通過汽蝕噪聲來判別:通過針閥調(diào)節(jié)進氣量,直至汽蝕噪聲降到小(有的系統(tǒng)可以完全消除噪聲,但有的系統(tǒng)僅能減小汽蝕噪聲,而不能完全消除),此時再將針閥回調(diào)一點,減少一點進氣量,觀察運行一段時間,直至在規(guī)定的各種運行工況下均沒有發(fā)生性能異常為止,然后將針閥的開度鎖定。這種方法切忌將聲音降到低!如果泵停止運行時的入口壓力為正壓,則應加裝一只止回閥以防泄漏。
        7)有關研究發(fā)現(xiàn),介質(zhì)中含有易揮發(fā)性氣體及沙粒等固體時,耐酸泵的汽蝕性能會下降。常近時教授對自來水行業(yè)用泵研究發(fā)現(xiàn),我國城市供水的水中氯的含量一般在0.5 mg/L~1.3 mg/L,如果氯含量達到1.1 mg/L,初生汽蝕壓力與臨界汽蝕壓力約為0.3 mH2O~0.72 mH2O。為了確保耐酸泵不發(fā)生汽蝕,耐酸泵的吸上高度要在清水的計算高度上至少降低4.2米。這一點在市政行業(yè)值得重視。

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