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        離心泵的氣蝕與處理預(yù)防

        2019-09-10 20:20:03劉健鑫
        環(huán)球市場 2019年2期
        關(guān)鍵詞:氣蝕處理對策離心泵

        劉健鑫

        摘要:離心泵的氣蝕現(xiàn)象在實際應(yīng)用中常有發(fā)生,對離心泵的正常運(yùn)行產(chǎn)生了極大的危害。開展離心泵氣蝕現(xiàn)象的研究,在預(yù)防氣蝕現(xiàn)象發(fā)生,提高離心泵的工作效率,延長使用壽命等方面有重要意義。

        關(guān)鍵詞:離心泵;氣蝕;處理對策

        離心泵的氣蝕現(xiàn)象主要是液體在離心泵中輸送時,由于壓力的變化而產(chǎn)生氣泡,在氣泡經(jīng)過聚積、流動、分裂、潰滅的過程中,使液體對離心泵的部件產(chǎn)生撞擊,使金屬表面產(chǎn)生剝蝕。

        一、氣蝕的原理簡介

        當(dāng)離心泵運(yùn)行時,液體壓力隨著離心泵的入口到葉輪入口不斷降低,且壓力在葉片入口處降到最低,此后液體的壓力由于葉輪對液體做功而快速上升。在一定的輸送溫度下,當(dāng)葉輪葉片入口附近的最低壓力低于液體的飽和蒸汽壓力時,液體就汽化,產(chǎn)生小氣泡。同時,使原來溶解在液體內(nèi)的氣體也逸出,它們不斷積聚而形成氣泡。氣泡在泵內(nèi)隨著液體流動,當(dāng)氣泡到達(dá)壓力較高的葉道時,氣泡內(nèi)的汽化壓力低于外界的壓力,此時,蒸汽就會立即凝結(jié),氣體也會瞬時重新溶入液體,從而造成局部真空。于是,四周的液體質(zhì)點(diǎn)就會以極高的速度向真空中心沖來,彼此撞擊,形成水錘,使瞬間局部壓力高達(dá)數(shù)十兆帕,當(dāng)這些氣泡在葉輪壁面附近潰滅,則液體就像無數(shù)個小彈頭一樣,連續(xù)地打擊金屬表面。其撞擊頻率可達(dá)20000~30000HZ,經(jīng)過一段時間后,金屬開始產(chǎn)生疲勞,表面開始呈蜂窩狀或海綿狀。隨之應(yīng)力更加集中,葉片出現(xiàn)裂縫和脫落現(xiàn)象。同時,在水和蜂窩表面間歇接觸之下,蜂窩的側(cè)壁與底之間產(chǎn)生電位差,引起電化學(xué)腐蝕。像這種液體汽化、凝結(jié)、沖擊,形成高溫、高壓、高頻沖擊負(fù)荷,從而使金屬材料出現(xiàn)機(jī)械剝蝕與電化學(xué)腐蝕破壞的綜合現(xiàn)象稱為氣蝕現(xiàn)象。氣蝕的發(fā)生主要包括以下幾個階段:

        (1)氣蝕的孕育階段。氣蝕的孕育階段即氣蝕的起始潛伏階段,在這一階段中,氣泡發(fā)展得不多,葉輪和端蓋部件表面產(chǎn)生了少量的塑性變形,但離心泵的性能參數(shù)無顯著變化。(2)氣蝕上升階段。隨著氣蝕的發(fā)展,氣蝕現(xiàn)象逐漸增加,氣蝕的速率也在不斷加快。在孕育階段的基礎(chǔ)上,發(fā)生氣蝕的部位更容易吸收較多的沖擊能量,從而快速增加了材料的表面的沖擊和失重率。在氣蝕上升階段,氣蝕孔坑幾乎布滿整個氣蝕部位表面。(3)氣蝕穩(wěn)定階段。氣蝕速率不斷增加,經(jīng)過一定的時間達(dá)到一個最大值,此后一段時期氣蝕的速率保持恒定不變,這一階段也稱為氣蝕率恒定階段。(4)下降階段。在下降階段,氣蝕的速率快速降低或出現(xiàn)不同程度的浮動。由于經(jīng)過前幾個階段的發(fā)展,受氣蝕材料的表面初步形成孤立的深坑,隨后出現(xiàn)更嚴(yán)重的剝蝕甚至穿孔,使離心泵無法正常工作。

        二、離心泵氣蝕的主要因素

        (一)離心泵自身因素

        一是泵殼及葉輪的結(jié)構(gòu)形狀。泵進(jìn)口的結(jié)構(gòu)參數(shù),葉輪吸入口的形狀、葉片入口邊寬度等對氣蝕的產(chǎn)生都有很大的影響。二是離心泵自身材料的影響。離心泵自身材料存在缺陷、耐氣蝕性較差、表面粗糙度等處理工藝達(dá)不到所需的硬度和強(qiáng)度要求。

        (二)工作時外部因素

        一是外部環(huán)境。離心泵工作時的大氣壓力以及輸送液體的溫度對氣蝕的產(chǎn)生有很大的影響。有實驗研究表明,離心泵在低負(fù)壓狀態(tài)下工作,泵的氣蝕是不可避免的;此外,在流體中,溫度的改變影響著氣蝕的物理性質(zhì),液體本身的性質(zhì)和狀態(tài)對于氣蝕的發(fā)生有很大關(guān)系。

        (三)輸送介質(zhì)的影響

        輸送不同的介質(zhì)對氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生不同的影響。對于易揮發(fā)介質(zhì)和輕質(zhì)介質(zhì),當(dāng)溫度發(fā)生變化時很容易受到比較大的影響,因此,此類介質(zhì)在輸送的時候,離心泵部件發(fā)生氣蝕的可能性更大。

        (四)操作管理不規(guī)范

        人為的操作和管理對離心泵的氣蝕同樣重要。一是離心泵在啟動前泵體和管道必須充滿介質(zhì);二是安裝離心泵時,密封性達(dá)不到要求等,均對離心泵的氣蝕產(chǎn)生影響。

        三、離心泵氣蝕的處理及預(yù)防改進(jìn)

        (一)氣蝕的處理

        1.處理泵本身

        在氣蝕現(xiàn)象發(fā)生時,應(yīng)根據(jù)出現(xiàn)的振動、噪音等現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)檢查。通過降低泵的轉(zhuǎn)速、排量,并根據(jù)需要,對泵進(jìn)行拆檢,仔細(xì)檢查泵內(nèi)部葉輪和端蓋的氣蝕情況,并根據(jù)離心泵氣蝕的輕重采取相應(yīng)措施。

        2.處理輸送管系

        除了檢查泵本身外,還要仔細(xì)檢查泵進(jìn)口管路、各閥門等氣密性;檢查泵出口、管路、濾器等管系情況。

        3.處理輸送介質(zhì)

        在氣蝕發(fā)生時,可調(diào)整泵前后的液位、介質(zhì)的溫度及壓力等參數(shù),從而減少氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

        (二)氣蝕的預(yù)防

        1.設(shè)計方面

        (1)在泵管和葉輪方面,可適當(dāng)減小葉輪入口與泵入口之間的距離、減少吸人管長度,或者適當(dāng)增大管徑,以便降低管路阻力。

        (2)采用雙吸葉輪,因兩側(cè)壓力基本平衡,可降低泵吸入口的真空度,同時能更好滿足流量和揚(yáng)程需要,使泵的轉(zhuǎn)速降低,減少氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

        (3)減少吸人管路彎頭、管路閥門、管道長度,來降低壓力損失;采取穩(wěn)流措施,最大程度保證泵入口介質(zhì)平穩(wěn)動流,避免流道內(nèi)產(chǎn)生渦流,以減緩氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。

        2.制造方面

        (1)采用強(qiáng)度和硬度較高、韌性和化學(xué)穩(wěn)定性好的抗氣蝕材料來加工葉輪和泵殼。

        (2)通過不同的強(qiáng)化處理方法增加材料的耐蝕性。例如:材料滲氮處理、材料的熱處理、鍛壓加工硬化等工藝。

        (3)涂抗氣蝕材料涂層。例如:熱噴涂鉆基合金涂層等。

        3.使用方面

        (1)適當(dāng)降低輸送介質(zhì)的溫度,來減少汽化壓力,從而有效的降低氣蝕的程度和頻率,減小氣蝕發(fā)生的可能性。

        (2)提高離心泵入口壓力,減少離心泵工作轉(zhuǎn)速。

        四、結(jié)語

        綜上所述,本論文對離心泵的氣蝕現(xiàn)象做了綜合的分析。為了對離心泵氣蝕現(xiàn)象有深刻認(rèn)識,本文從離心泵自身因素和外部因素人手,分析了離心泵氣蝕原理、發(fā)生過程,并提出了常規(guī)的處理措施。同時,為了預(yù)防氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生,從改善泵體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化耐蝕材料等多個方面提出了預(yù)防改進(jìn)方法,從而達(dá)到提高離心泵的工作效率,延長使用壽命的目的。

        參考文獻(xiàn):

        [1]任丹,陳剛,解更存.離心泵氣蝕因素分析及解決辦法[J].石油化工設(shè)備技術(shù),2017,38(05):14-16+69.

        [2]趙先甲.離心泵氣蝕對設(shè)備性能的影響與改進(jìn)建議[J].石化技術(shù)2016,23(10):267+270.

        [3]李超,白鳳雷,李強(qiáng).離心泵氣蝕對設(shè)備性能的影響及改進(jìn)措施[J].冶金動力,2016(02):47-50.

        [4]馬玉琴,張發(fā)杰,馮思濤.前置軸流葉輪對離心泵汽蝕性能的影響[J].水泵技術(shù),2016(3):8-13.

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