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离心耐酸泵汽蚀危害及解决方法


一、汽蚀的种类
     汽蚀可以分为:叶面汽蚀、间隙汽蚀、粗糙汽蚀、空腔汽蚀、回流汽蚀。
1 叶面汽蚀
      是指发生汽蚀现象时,气泡的形成和破灭基本上都发生在叶片的正反面,也称为翼型汽蚀,这是离心耐酸泵汽蚀的主要形式。当耐酸泵安装过高时,即使耐酸泵在设计工况下运行,在叶片进出口的背面也易出现低压区:
1)当耐酸泵在大流量工况下运行时,叶片前缘正面发生脱流和漩涡,产生负压,有可能引起叶片正面发生汽蚀。
2)当耐酸泵在小流量工况下运行时,叶片的背面产生漩涡,出现低压区,从而致使叶片背面产生汽蚀。
2 间隙汽蚀
      是指当液体流经狭小通道或间隙时,引起过流部件局部流速升高、压力下降到汽化压力时所形成的汽蚀。
在离心耐酸泵壳体耐磨环与叶轮外缘(盖板)之间的间隙处,在叶轮进、出口两侧的压差(特别是较大压差)作用下,出口侧液体高速回流,造成局部压降,引起汽蚀。
轴流耐酸泵叶片外缘与泵壳之间很小的间隙内,在叶片正、反面压差的作用下,也会因间隙中液体的反向流速大,造成局部压降,在泵壳对应叶片外缘部位引起汽蚀,并在转轮体与叶片外缘部位形成一条蜂窝麻面汽蚀带。
3 粗糙汽蚀
     是指液体流经耐酸泵壳内凹凸不平的粗糙过流部件表面时,在凸出物下游产生漩涡,引起局部压力降低、导致汽蚀。泵过流部件在铸造和加工时,形成的表面不平、砂眼、气孔等都可能引起局部流态突然变化而造成汽蚀。
4 空腔汽蚀
      是指在耐酸泵的进口处,由于进水条件不好或淹没深度不够,在吸入室产生螺旋状的漩涡带。当漩涡带中心压力降低到汽化压力时也会引起汽蚀,并伴有强烈的振动发生。
5 回流汽蚀
     通常来说,发生汽蚀的前提条件是NPSHa<NPSHr,即装置汽蚀余量小于耐酸泵的必需汽蚀余量。但却有一种特例,在NPSHa>NPSHr时也会发生汽蚀,即回流汽蚀。由于它出现在低于设计流量点运行时,因此也称为小流量汽蚀。
     当耐酸泵送流量太小或入口压力太高时,就会发生回流现象。当耐酸泵送流量太小时,内部回流发生在叶轮的入口;当耐酸泵入口压力太高时,内部回流发生在叶轮出口处。内部回流致使液体流速的增加直至汽化产生汽泡,然后在周围较高压力下破裂。当吸入口发生内部回流时,在耐酸泵的吸入口周围会发出不规则的噼噼啪啪的噪音,并伴有高强度的爆震声。
回流汽蚀一般可以通过以下方法进行改善:
1)提高耐酸泵的输出流量。
2)在耐酸泵的入口和出口之间加装旁路(该方法在实际应用中客户很难接受)。
3)优化叶轮的结构(减小叶轮入口面积)。
二、汽蚀的危害
1 性能下降、管路损坏
      汽蚀会导致耐酸泵的性能明显降低。通常对于离心泵来说,当入口压力降低到某种程度时,其性能会急剧下降,该现象也叫汽蚀断裂。汽蚀也会使流体内部出现不稳定性,这些不稳定性会导致流量和压力的振荡,在振动的助推下,可能会引起泵及其进出口管路损坏。
2 严重损伤耐酸泵的过流部件
     汽蚀会导致零部件表面的破坏,汽泡破裂时周围液体产生极高的冲击压力(压力峰值)可达49 MPa,当这种汽蚀液力强度大于材料抵抗这种冲击能力时,就会导致局部的壁面材料疲劳失效和表面材料脱落,汽蚀发生的同时伴随化学腐蚀和电化学腐蚀。汽蚀初期材料的腐蚀及塑性变形产生的凹坑尺寸约10 μm~50 μm,特别是一些耐蚀性较差的材料在长期汽蚀作用下会出现马蜂窝状结构。
3 产生振动和噪音
      在汽泡凝结缩小、破裂的瞬间,汽泡周围的液体将高速填充(汽泡凝结破裂形成的)空穴,产生了压力脉动,从而激发了振动和噪声。汽蚀噪声频率一般为10 kHz~100 kHz,而回流及压力脉动引起的汽蚀噪声频率在几百Hz左右,人耳对此特别敏感。同时汽蚀也会激发振动,汽蚀产生振动的主要频率一般在1 kHz左右。
       汽蚀除了噪声比较大,还体现在振动指标上,如耐酸泵的底座刚度不足和管路支撑不良将会产生结构性共振;耐酸泵安装后底座用混凝土进行灌注,管路的支撑刚度足够,一般不会导致强烈的振动现象,但在耐酸泵体上通过振动测量,汽蚀产生的振动频率中高频分量占主导,振动的加速度值相较振动位移和振动速度要高。
三、改善汽蚀性能的常用措施
1 提高离心耐酸泵本身抗汽蚀性能的措施
1)改进耐酸泵的吸入口设计
通过对叶轮的修磨,增大过流面积;
增大叶轮盖板进口段的曲率半径,减小液流急剧加速与降压;
适当减少叶片进口的厚度,并将叶片进口修圆(打磨叶片头部,削尖,以减少进口冲击损失,降低进口冲角的敏感性,必需汽蚀余量可以下降0.5米左右),使其接近流线形,也可以减少绕流叶片头部的加速与降压;
提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失;
将叶片进口边向叶轮进口延伸,使液流提前接受做功,提高压力。
2)增加前置诱导轮
使液流在前置诱导轮中提前做功,以提高液流压力(该方案需要改变结构、需重新校核各种设计参数)。
3)采用双吸叶轮
增加叶轮进口面积、降低进口液体流速(流速降低,压力增加)。
4)采用稍大的正冲角
以增大叶片进口角,减小叶片进口处的弯曲,减小叶片阻塞,从而增大进口面积;
改善大流量下的工作条件,以减少流动损失。但正冲角不宜过大,否则影响效率。
5)采用低转速的泵
转速越低,NPSHr越小。
6)采用抗汽蚀的材料
实践证明,材料的强度、硬度、韧性越高,化学稳定性越好,抗汽蚀的性能越强。
2 提高装置汽蚀余量的措施
1)增加耐酸泵前贮液罐中液面的压力,以提高有效汽蚀余量。
2)降低吸上装置中耐酸泵的安装高度,尤其输送介质为热水时,需要考虑吸上高度和介质温度的关系。
3)将吸上装置改为倒灌装置。
4)减小耐酸泵前吸入管路上的流动损失。如在要求范围尽量缩短管路,采用合适的吸入管路管径和过滤器过滤面积(如有)以降低管路中的流速,减少弯管和阀门数量,尽量加大阀门开度等。
5)如果间隙汽蚀严重,可采取在叶轮上打平衡孔的办法来减少泄漏流速,以减轻汽蚀程度。叶片上的平衡孔对叶轮进口注入液流起着破坏干扰作用,平衡孔的面积应不小于密封环间隙面积的5倍,以减小泄漏流速,从而减小对主液流的影响、提高泵的抗汽蚀能力。
6)经验表明,从汽蚀产生的机理出发,向吸入口补充适量的气体可以破坏汽蚀发生的条件。但采用补气防止泵的汽蚀,其技术性很强,只有补气量、补气位置和补气方式恰当,才能取得良好的效果。否则,会使泵的流量、扬程和效率下降很多,甚至泵在运行中出现断流、引起不良后果。
鉴于这个补气量多少合适、如何准确计量补气量等不易控制,建议补气阀采用可以进行流量调节的针阀,现场调节时可以通过汽蚀噪声来判别:通过针阀调节进气量,直至汽蚀噪声降到小(有的系统可以完全消除噪声,但有的系统仅能减小汽蚀噪声,而不能完全消除),此时再将针阀回调一点,减少一点进气量,观察运行一段时间,直至在规定的各种运行工况下均没有发生性能异常为止,然后将针阀的开度锁定。这种方法切忌将声音降到低!如果耐酸泵停止运行时的入口压力为正压,则应加装一只止回阀以防泄漏。
7)有关研究发现,介质中含有易挥发性气体及沙粒等固体时,耐酸泵的汽蚀性能会下降。常近时教授对自来水行业用泵研究发现,我国城市供水的水中氯的含量一般在0.5 mg/L~1.3 mg/L,如果氯含量达到1.1 mg/L,初生汽蚀压力与临界汽蚀压力约为0.3 mH2O~0.72 mH2O。为了确保耐酸泵不发生汽蚀,耐酸泵的吸上高度要在清水的计算高度上至少降低4.2米。这一点在市政行业值得重视。

汽蚀是离心耐酸泵运行过程中较常见的问题,会引起耐酸泵振动和噪音的增加、性能的下降和造成零部件的严重损坏。
 

作者:耐酸泵 日期:2021-9-1 浏览次数:181次页面顶端返回列表

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