刘德斌,贾 谊,赵丽丽

(大化集团 大连化工股份有限公司,辽宁 大连 116032)

离心泵气蚀的发生及预防

刘德斌,贾 谊,赵丽丽

(大化集团 大连化工股份有限公司,辽宁 大连 116032)

离心泵;气蚀;有效气蚀余量;临界气蚀余量;许用气蚀余量

离心泵叶片叶端的高速减压区,在此形成空穴,空穴在高压区被压破并产生冲击压力,破坏金属表面上的保护膜,而使腐蚀速度加快。气蚀的特征是先在金属表面形成许多细小的麻点,然后逐渐扩大成洞穴。

1 气蚀发生的机理

气蚀的机理是由于冲击应力造成的表面疲劳破坏,在液体的化学和电化学作用下加速了气蚀的破坏过程。

离心泵发生气蚀时总伴有噪音和震动现象,吸入的液体内混有大量气泡,泵的流量、扬程、功率和效率都要降低,严重时可使泵损坏且使其断流。

发生气蚀的基本条件是叶片入口的最低液流压力低于该温度下液体的饱和蒸汽压力。

有效气蚀余量是指介质自吸入罐经吸入管道到达泵入口后,所富余的高出气化压力的那部分能头,这个富余能头习惯上称为有效气蚀余量,用符号Δha表示。它的数值大小与吸入管路优劣有关,与泵本身无关。当NPSHa数值大时,表示吸入管路设计合理,其值愈大愈好,要强调的是上述都是指泵在输送液体为水且又在常温时。当输送液体为烃时,其汽化压力和烃的化学结构有关,要进行必要的修正。在非常温时,就是输水也要进行饱和蒸汽压的修正。在高原地区因大气压低,也要进行必要的修正。有效气蚀余量数值的大小与泵吸入罐的压力、温度、吸入管道的几何安装高度、介质的性质等操作条件有关,与泵本身的结构尺寸无关,因此有效气蚀余量又称为泵装置的有效气蚀余量。泵的必需气蚀余量表示介质从泵入口到叶轮内最低压力点处的全部能量损失,用Δhr表示。这个值越小,泵越不容易发生气蚀。

2 气蚀关系式及装置气蚀余量计算

泵发生气蚀的条件是由泵本身和吸入装置两方面决定的。因此,研究气蚀发生的条件,应从泵本身和吸入装置双方来考虑,泵气蚀的基本关系式为:

NPSHc≤NPSHr≤[NPSH]≤NPSHa

NPSHa=NPSHr(NPSHc)——泵开始气蚀

NPSHa>NPSHr(NPSHc)——泵无气蚀

式中:NPSHa——装置气蚀余量又叫有效气蚀余量,越大越不易气蚀;

NPSHr——泵气蚀余量,又叫必需的气蚀余量或泵进口动压降,越小抗气蚀性能越好;

NPSHc——临界气蚀余量,是指对应泵性能下降一定值的气蚀余量;

[NPSH]——许用气蚀余量,是确定泵使用条件用的气蚀余量,通常取[NPSH]=(1.1～1.5)NPSHc。

装置气蚀余量的计算:

NPSHa=Pc/ρg±hg-hc-Ps/ρg

3 防止发生气蚀的措施

液体泵产生气蚀的外部原因尽管很多,例如除与泵本身的结构有关外,还与安装、操作密切相关,但是根据产生气蚀的根本原因是由于部分液体在泵内气化,所以防止液体气化是避免液体泵气蚀的根本措施。

欲防止发生气蚀必须提高NPSHa,使NPSHa >NPSHr,防止发生气蚀的措施如下:

1)减小几何吸上高度hg(或增加几何倒灌高度);

2)减小吸入损失 hc,为此可以设法增加管径,尽量减小管路长度、弯头和附件等;

3)防止长时间在大流量下运行;

4)在同样转速和流量下,采用双吸泵,因减小进口流速、泵不易发生气蚀;

5)泵发生气蚀时,应把流量调小或降速运行;

6)泵吸水池的情况对泵气蚀有重要影响;

7)对于在苛刻条件下运行的泵,为避免气蚀破坏,可使用耐气蚀材料。

因此有两种方法可以提高泵的吸入压头:①提高液体的高度,即足够的水力压头-H,这个可将贮槽安装在较高的水平位置上(提高 Hb的值)。根据实践经验,贮槽的基础应比该泵的基础高1 m以上为佳;②通过增压器将贮槽压力提高-H。

为了尽量减少 Hq或 Hf的损失,在液体泵配管上特别要注意以下几点:

1)进口管应尽可能地保持最短距离,并应避免管路中出现“U”型弯管。

2)进口管、出口管必须有合适的管径,应保持介质的流速在国标规定的范围内,并尽可能地减少流动阻力。

3)除必要的数量外,在管路中应尽量减少接头、弯管和阀门的数目。

4)进口管必须尽可能地绝热。

5)在阀门、管件、管道的固定处,即在液体可能沸腾的地方固定撑脚,应采用绝热板隔离,以防冷损。

6)在2个阀门之间的液体管路上必须装上安全阀,以免管路阀关闭时残留液体引起超压。

7)在泵的进口管上需增设一段波纹管(波纹管的有效圈数5～10圈)或软管及过滤器,以保持管路系统的挠性和液体内的杂质不进入泵体内。

另外还要注意以下几点:

1)降低泵的安装高度,以提高泵的进口压力。提高液体过冷度,这样就不容易发生气化了。

2)加强液体管路的保冷,以防液体因吸收热量造成温度升高而气化;

3)不要让液体泵在空转状态运转时间过长。因为当液体泵的出口阀关闭时,有效功率为零。电机消耗的功率只用于搅拌泵内的液体,将使液体的温度升高,以致造成气化。一般规定,在启动前将出口阀打开1/3为宜;

4)如果一旦发生气蚀现象,应立即进行排气,直至停泵处理,以确保液体泵的安全。

TH 311

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1005-8370(2010)04-29-02

2010-04-21