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管道电动液压泵汽蚀现象分析及防汽蚀措施



主要介绍了电动液压泵汽蚀现象及形成机理,重点突出了两个主要概念(Idea):装置汽蚀余量(NPHOTOSHOPHa)和必需汽蚀余量(NPSHr)。对吸上装置和倒灌装置,分别给出了装置汽蚀余量的 计算公式。在此基础上,列出了提高电动液压泵抗汽蚀能力的 方法。
1、引言
       电动液压泵(Centrifugal pump)因其性能平稳、易操作和便于维修等优点广泛应用于工业领域和日常生活。效率和汽蚀余量是代电动液压泵技术水平的 两个重要性能参数,两者相互联系、相互制约。设计时如过份追求效率指标,则汽蚀余量指标将会降低。泵一旦发生汽蚀,其流量扬程性能会下降,还现出噪声、振动明显偏高,严重时会使泵中液流中断,不能正常工作。汽蚀还会对泵的 过流部件产生破坏,甚至影响管路系统。
        目前确定电动液压泵(Centrifugal pump)汽蚀余量指标的 可靠方法是试验测量。判别泵是否汽蚀的 准则是由美国水力标准协会(HIS) 制订的 性能下降法,也就是以扬程下降3% 时测试系统(system)的 装置汽蚀余量NPSHa为泵当前流量点的 汽蚀余量NPSHr。牟介刚等认为泵在不同的 使用条件下运行,承受汽蚀破坏的 程度有很大的 差异。因此,对所有的 泵都用同一判据来征汽蚀性能并用同样的 方法来设计叶轮是不恰当的 。Terry 认为,应当根据介质、泵比转数以及叶轮外径的 不同对现有实验方法得到的 泵汽蚀余量进行修正才能更准确地描述泵的 汽蚀特性。近年来,随着计算流体力学的 发展和测试手段的 进步,对汽蚀的 研究由泵额定点汽蚀的 发展机理转向汽蚀模拟与诊断技术领域。从汽蚀余量计算公式出发,分析产生汽蚀的 原因并提出防止离心泵汽蚀的 措施。
2、汽蚀理论
       电动液压泵工作时,叶轮由原动机驱动作高速旋转运动,迫使叶片间的 液体也随之作旋转运动。同时,因离心力的 作用,液体由叶轮中心向外缘作径向运动,随后进入蜗壳。液体在流经叶轮的 运动过程中获得动能,液流进入蜗壳后因过流面积的 增大而减速,动能转化为压能。即通过泵的 做功,液体从低压变为高压实现物料的 输送。
       在电动液压泵叶轮(指装有动叶的轮盘)入口处,由于液体向叶轮外缘流动形成低压区,而入口来流还未获得叶轮的 足够能量,即使无外界热量导入,也易于出现压力低于液体气化压的 情况,此时泵会产生空化汽蚀现象。钢筋折弯机柴油水泵机组接到火警/管网压力/停电/或其他启动信号后,在15秒内能自动起动并投入满负荷运行。汽蚀是液体在流动中嬗变为汽体、再回归为液体的 过程,即汽泡产生、发展及破裂的 过程,从汽泡产生到消失所用的 时间极短,是一个复杂的 动态过程。汽化的 结果就是在液体中产生很多汽泡,汽泡中充满了液体蒸汽以及少量溶解于液体中的 气体。当汽泡随液体进入高压区时,汽泡就会迅速破裂,周围液体迅速填充原汽泡空穴,产生巨大的 属于内向爆炸性质的 冷凝冲击,随之蒸汽又重新凝结成液体,汽泡消失。汽泡破裂过程中,有一部分汽泡是附着在导流组件面上破裂凝结成液体的 ,这部分液体如同无数细小的 高频撞击锤撞击金属面,造成金属面的 侵蚀。
3、汽蚀参数
3.1、汽蚀余量NPSH
泵吸入口处单位质量的 液体超出液体汽化压力的 富裕能量(以m液柱计),称汽蚀余量。电动泵是一种直接用柴油发动机驱动,能够在较短时间内启动并实现供水的机电一体化设备。其值等于从基准面算起泵吸入口的 总吸入压力减去该液体的 汽化压力(绝压,以m液柱计),即:
式中Ps———泵吸入口压力,Pa
Pv———液体在该温度下的 汽化压力,Pa
us———泵吸入口平均流速,m/s
ρ———液体密度,kg /m3
3.2、有效汽蚀余量NPSHa
有效汽蚀余量(NPSHa),也即装置汽蚀余量,是指泵所在装置(或系统管路)所具有的 汽蚀余量,其大小由吸入管路系统参数、安装高度和管路中流量等决定的 ,与泵的 结构无关。该参数越大,泵越不容易汽蚀。式
(1) 经转化可求出吸上或倒灌条件下的 装置汽蚀余量。
对上吸装置:
对倒灌装置:
式中P1———吸入液面压力,Pa
hf———泵吸入管道阻力损失,Pa
h———吸入几何高度,m
3.3、必需汽蚀余量NPSHr
必需汽蚀余量由泵制造厂根据试验或模型换算确定的 汽蚀余量。其值与泵的 结构尺寸有关。该参数越小越好,参数小泵越不容易汽蚀。
我们认为:选型时,泵须满足下述条件:NPSHa - NPSHr≥0。5m,对易汽化的 介质须满足NPSHa - NPSHr≥0.8m;当NPSHa - NPSHr≤1m时,泵出厂必须做汽蚀性能试验,以确认泵满足选型要求。
4、防止汽蚀发生或减缓汽蚀破坏的 措施
预防汽蚀发生或减缓汽蚀破坏,可以从两方面着手:一方面从泵设计和制造考虑:改善叶轮进口入液条件,降低泵的 NPSHr,使泵的 NPSHr 低于装置汽蚀余量NPSHa,避免汽蚀发生;采用组织致密的 高等级材质制造叶轮,提高泵的 抗汽蚀破坏能力;另一方面从泵的 使用条件考虑:通过合理系统设计和设备选型、正确操作,使泵不会发生汽蚀。现分述如下:
(1) 适当加大泵入口直径和叶轮入口直径,降低泵入口液体流速,降低NPSHr。或者直接采用双吸叶轮,因双吸叶轮相当于两个单吸叶轮的 入口面积,同样流量条件进口流速可降低一倍。
(2) 将叶片头部背面修薄,改善叶片入口排挤,降低NPSHr。岩石劈裂棒大多数柴油机泵的发动机选用国、内外的著名品牌柴油机作为驱动源动力。柴油机通常选用车用、工程用或水泵专用的高速、高性能、高可靠性、负载能力强、污染排放低的产品。或加装诱导轮,使液体进入叶轮前增加了一定压力能。
(3) 泵在接近汽蚀的 状态下工作,如采用组织致密的 抗汽蚀材料(铜合金、不锈钢等) 制造泵叶轮可以延长叶轮寿命。如用压延的 钢板焊接的 叶轮较铸造的 叶轮抗汽蚀能力强。也可以利用非金属涂料采用环氧树脂、尼龙(PA)、聚胺脂等对叶轮进行涂层处理。
(4) 管路系统设计时,泵的 吸上高度尽可能低,条件许可就采用倒灌。配管时,适当缩短吸入管长度、增大吸入管径,在吸入路尽量减少不必要的 阀门、弯头数量,以减少吸入管的 管路损失。
(5) 泵选型时,遇到装置汽蚀余量低或介质易汽化时,泵尽可能采用低转速。
(6) 对易汽化介质,做好管路的 保温降温,避免所输送液体的 温度升高。
(7) 泵在运行过程中,应利用泵出口阀控制流量在合理的 范围(fàn wéi)。泵偏大流量运行时容易出现汽蚀现象。操作中,不允许用吸入管路阀门来调节流量。
(8) 泵出现汽蚀又无法改变其工艺条件时,可在泵入口加装一个喷嘴,利用泵出口压力,使其高压液体回馈,以增大泵入口压力,减小汽蚀的 可能性。
5、处理汽蚀问题实例
某水厂2 台取水泵运行一段时间后,出现振动、声音也大,水泵盘根处有气吸入,未见水向外滴落。解体后发现叶轮入口有许多凹坑,初步认为泵发生了汽蚀。进行排查发现:该泵设计流量7000m3 /
H、扬程56m,由于泵出口只有拍门,无流量控制阀,实际运行流量8200m3 /h,也就是说泵长期在偏大流量工况运行;其次,入口拦污栅处有树枝和塑料袋等杂物堵塞。我们分析,造成泵汽蚀的 原因是吸水管路阻力增加导致(cause)装置汽蚀余量NPSHa 降低;而运行流量的 加大使得NPSHr 增大,终导致泵发生汽蚀。处置措施:将叶轮改为钢板焊接的 ,将叶轮外径减小到合适尺寸( 即控制运行流量) ,并定期清理拦污栅,此后未出现汽蚀问题。
6、结语
综上所述,为了避免汽蚀现象的 产生,应遵循几点原则:泵的 安装高度必须低于泵的 允许吸上高度;吸入管路在满足管道应力条件下应短而直,管件尽量少,吸入管的 直径不应小于吸入口的 直径;变径处不能有气体积存。泵一旦出现汽蚀,可结合工艺要求和操作环境,采用上述某一项或几项措施来解决。

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点击次数:更新时间:2020/5/17 8:46:21打印此页