? ? ? 我們?cè)跈z修耐磨耐腐離心泵時(shí),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(diǎn)和蜂窩狀凹坑或嚴(yán)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(yùn)行中產(chǎn)生了噪音和振動(dòng),并伴隨著流量揚(yáng)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(duì)液體作功,使液體能量增加,在相互作用過(guò)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(huì)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(shí),氣泡在高壓區(qū)受壓破裂而重新凝結(jié)。在凝結(jié)過(guò)程中,液體質(zhì)點(diǎn)從四周向氣泡中心加速運(yùn)動(dòng),在凝結(jié)的瞬間,質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)就象無(wú)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(jī)械剝蝕作用。在所產(chǎn)生的氣泡中還有化學(xué)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(jī)械剝蝕作用。在所產(chǎn)生的氣泡中還有化學(xué)腐蝕作用,在氣泡中的氧等活潑氣體在借助氣泡凝結(jié)時(shí)所放出的熱量,對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕。金屬在氣泡的機(jī)械剝蝕和化學(xué)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(wú)法工作。

? ? ? 針對(duì)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(dāng)離心泵吸入口處為絕對(duì)真空時(shí),壓力為10.3m汞柱高度,而吸入口處是不可能達(dá)到絕對(duì)真空的。當(dāng)葉輪吸入口處的壓力接近水的汽化壓力時(shí),就會(huì)產(chǎn)生汽蝕,再加管路的摩擦阻力就更加吸不上水來(lái),所以離心泵抽水時(shí)最大安裝高度(幾何高度)不可能達(dá)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(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽蝕,同時(shí)又盡可能大的吸上水,以減少土建工程量,我國(guó)機(jī)標(biāo)規(guī)定,將最大吸上真空度的試驗(yàn)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(shí)一定要按銘牌說(shuō)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(huì)隨流量的增加而下降,在注意安裝高度時(shí)還必須防止長(zhǎng)時(shí)間在大流量下運(yùn)行。

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? ? ? 二、改進(jìn)耐磨耐腐離心泵葉輪入口的幾何形狀

? ? ? 從泵的本身來(lái)說(shuō),泵的吸入口處并不是泵內(nèi)壓力最低的地方,因?yàn)橐后w自泵的吸入口流到葉輪過(guò)程中還有能量損失,壓力還要降低,因?yàn)閺谋梦肟诘饺~輪入口的過(guò)流面積一般是逐漸收縮的,同時(shí)液流方向也有變化,因而引起了附加的壓力降。在進(jìn)入葉輪流道時(shí)(如圖)液體以相對(duì)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(diǎn)壓力相應(yīng)降到最大,當(dāng)K點(diǎn)處的壓力等于液休在該溫度下的汽化壓力時(shí),泵開(kāi)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(diǎn),K的動(dòng)壓降就是我們通常所說(shuō)的最小汽蝕余量亼min(NPSJ)(當(dāng)然NPS越小抗汽蝕性能越好)。當(dāng)離心泵吸入口超過(guò)汽化壓力的能量數(shù)值降到正好等于液體的動(dòng)壓降時(shí),葉輪內(nèi)開(kāi)始發(fā)生汽蝕,所以要使泵不發(fā)生汽蝕動(dòng)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(guò)汽化壓力的富余能量必須超過(guò)汽化壓力最低限度的能量。

? ? ? 當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速和流量確定后,泵的最小汽蝕余量?jī)H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(jìn)葉輪入口的幾何形狀。

? ? ? 1.采用雙吸葉輪,雙吸葉輪相當(dāng)于兩個(gè)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(dāng)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(dāng)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?yàn)殡S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(duì)地縮短了流道長(zhǎng)度,影響水力效率。所以在確定入口直徑時(shí),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(duì)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(dāng)增大葉輪入口直徑聯(lián)合起來(lái)考慮,經(jīng)驗(yàn)表明葉片入口過(guò)流面積和葉輪入口面積之比在1.1至2.5范圍較好。對(duì)分?jǐn)?shù)式多級(jí)泵第一級(jí)葉輪,一般略為加大葉輪入口直徑以減低液體進(jìn)入葉輪時(shí)的流速,提高泵的抗汽蝕性能,而其他各級(jí)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(dāng)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(duì)低比轉(zhuǎn)數(shù)的泵可以取9片,對(duì)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(yàn)公式估計(jì)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(duì)速度液流角增大了一個(gè)角度,一般沖角取3°~15°,實(shí)驗(yàn)表明適當(dāng)加大沖角可以延緩泵在大流量工況工作時(shí)抗汽蝕性能,但如果正沖角超過(guò)20°,將引起效率下降,如果取負(fù)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(dāng)由于使用條件所限,不可能完全避免發(fā)生汽蝕時(shí),應(yīng)采用抗汽蝕材料制造葉輪,以延長(zhǎng)葉輪的使用壽命,一般來(lái)說(shuō),零件表面越光滑,材料強(qiáng)度和韌性越高,硬度和化學(xué)穩(wěn)定性越高,則材料的抗汽蝕性能也越好,實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)械剝蝕的能力較強(qiáng),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(jī)械材料。某泵站葉輪將原鑄鋼改換為不銹鋼,運(yùn)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(xué)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(shù)脂尼龍粉、聚胺脂等,但應(yīng)注意操作工藝,以防止涂層脫落。當(dāng)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(bǔ)法合金粉末噴焊和高速火焰噴涂

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? ? ? 四、采用誘導(dǎo)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(dǎo)輪能提高泵的抗汽蝕性能,解決汽蝕問(wèn)題,效果很好,而且運(yùn)行維修方便。當(dāng)液體流過(guò)誘導(dǎo)輪時(shí),誘導(dǎo)輪首先對(duì)液體做功相當(dāng)于進(jìn)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(jī)的部分負(fù)荷,但由于電機(jī)的功率一般都比較大,所以電機(jī)仍能滿足要求,勿需更換電機(jī)。但在設(shè)計(jì)制造斷面形狀誘導(dǎo)輪時(shí)必須注意誘導(dǎo)輪的外徑輪轂直徑葉片數(shù)葉片間距葉片長(zhǎng)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(dǎo)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(dǎo)程相等。實(shí)踐表明,如果離心葉輪和誘導(dǎo)輪合裝后配合恰當(dāng),揚(yáng)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(duì)誘導(dǎo)輪的認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)制造水平的提高,以及使用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累,將誘導(dǎo)輪作為提高泵抗汽蝕性能的最有力措施而被廣泛應(yīng)用。

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? ? ? 五、修整葉片頭部

? ? ? 修整葉片頭部對(duì)降低葉片進(jìn)口的水流速度,減小葉輪進(jìn)口排擠,提高耐磨耐腐離心泵的抗汽蝕能力是有效的試驗(yàn)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(zhǎng)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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