1.1 汽蚀构成的过程和表现
离心泵叶轮入口处是泵内压力最低的中央,当此处的压力等于或低于工作温度下被输出液体的饱和蒸汽压时,液体就会沸腾汽化,产生大量汽泡。同时原来溶于液体中的气体也将析出。这些汽泡随液体流到叶轮内压力较高处重新凝结,在凝结过程中,由于体积急剧减少,四周的液体以极大的速度冲向这个凝结空间,使泵内构成冲击振动和噪音。在压力很大(可抵达10~100MPa),频率很高的液体质点连续冲击下,金属表面逐渐因疲倦而破坏,这种破坏称为剥蚀。
P4201循环水泵叶轮的汽蚀主要集中在叶片入口部位,汽蚀外形呈现连续分布的坑状,且有密集的蜂窝状,有的部位已被破坏穿孔以致缺失,叶轮报废只能改换。
1.2 汽蚀的危害
汽蚀会改动泵内水流状态,构成活动阻力增加,产生噪音和振动,缩短叶轮运用寿命,而且会使泵的性能降落。
1.2.1 产生噪声和振动
泵发作汽蚀时,大量汽泡在高压区连续发作骤然分裂,微细射流的高速冲击构成了噪声,汽泡分裂时的冲击力将使泵组产生很大振动。而P4201这台循环泵在2008年6月至11月的试车过程及往后的运转中,噪声极大,振动不时超标,固然经过多次检修。不时未得到改善。
1.2.2 对流道的材料构成破坏
当汽泡随液体流到叶轮内压力较高处时,汽泡受压后内部压强升高,破碎时构成微细射流(速度可达130m/s,压强可达100MPa)。流道金属表面在高频高压的微细射流作用下,发作疲倦破坏,严重时呈现蜂窝状的空泛。另外,微细射流构成的冲击还会构成200℃以上的高温,使流道金属呈现电解现象而产生剧烈的化学腐蚀。
2 产生汽蚀的条件与评价方法
2.1 泵产生汽蚀的条件
在泵系统中通常用汽蚀余量(NPSH)表示泵汽蚀性能的好坏,汽蚀余量又分为装置汽蚀余量(NPSHa)和泵汽蚀余量(NPSHr),它们是两个性质不相同的参数。NPSHr由泵本身的特性决议,是表示泵本身抗汽蚀性能的参数;NPSHa由外界的吸入装置特性决议的,是表示吸入装置汽蚀性能的参数。
NPSHr表示在泵进口处单位重量液体所具有超越保送温度下该液体的饱和蒸汽压的富余能量。假设装置的汽蚀余量小于或者等于泵的气蚀余量,泵就会发作汽蚀。
2.2 汽蚀的评价方法
泵汽蚀余量NPSHr是由泵自身的结构,如吸水室、叶轮进口部分等的几何外形决议的,它的值越小,表示泵本身的抗汽蚀性能越好。至于在某一工况能否发作汽蚀,与泵的几何安装高度有关,即泵应该在低于允许吸液高度下运转。
泵的几何安装高度=P0/ρg—Pt/ρg—△h—∑h
P4201循环泵泵参数及运转条件为:
P0:当地大气压 9×104N/㎡
ρ:液体密度1000kg/m3
Pt:液体饱和蒸汽压32℃时0.047bar
△h:吸入管路压头总损失 按1m计
∑h:泵的允许汽蚀余量8.3m
g:9.81N/kg
代入上式计算,几何安装高度为-0.7m,为安全起见,泵的理论安装高度再降低1m,可取-1.7米。而现场泵的安装高度位于吸水池液面以下-4.3米,假设泵在标定的工况下运转,理论上不会发作汽蚀。
3 影响叶轮汽蚀的要素分析
按照泵的流膂力学分析,能否发作汽蚀取决于泵汽蚀余量和装置汽蚀余量的差值,即泵的几何安装高度高于泵的允许吸上高度是循环水泵叶轮发作汽蚀的主要缘由。从设备的检修角度看,循环水泵叶轮产生汽蚀的主要缘由有以下几方面:倒灌高度不够构成有效汽蚀余量降落;空气进入泵内;密封间隙大构成间隙汽蚀;长期偏离设计工况运转构成叶片内流速过快;泵超负荷运转;压力和流量分布不均,产生汽泡;材质及制造质量;设计等。做如下分析。
3.1流量能否过大
理论运转中,泵循环水量能否超越设计值,由于大流量惹起叶轮进口速度增加,从而惹起泵进口至叶轮以及进口管路中的压力降增加,超越汽蚀界限,产生严重汽蚀。这一点由于泵出口没有安装流量表,只能在额定扬程及电机不过载的状态下操作运转。根据运转记载不会呈现这种情形。
3.2倒灌高度能否不够
倒灌高度为吸水池最高液面标高与泵中心线标高的差值,随着液面降低,倒灌高度会减小。假设倒灌高度的减小超越界限,从而惹起泵叶轮的汽蚀。根据上述计算及日常运转液面高度(7.2m),不会发作这种情形。
3.3水泵的運行时间能否过长
查运转记载,自2008年6月27日试车至今,共运转3167.5小时。
3.4能否空气进入泵内构成叶轮汽蚀
假设保送的介质中富含空气,在较低压力下较易挥发,会大大降低吸入口状态的真空度,汽蚀现象同样发作,这是泵发作汽蚀的主要缘由。循环水中气体的来源主要有以下几个方面:循环水在冷却塔冷却的过程中,夹带了大量的过饱和空气;吸水池中旋涡带入的空气;轴封漏气,循环水泵两侧的轴封各设有水冲洗装置,用以冷却填料和防止空气进入泵内。采用传统填料密封的循环水泵,填料对泵的磨损较大,随之间隙增大,密封效果变差,空气在大气压力作用下进入叶轮进口低压区,并随水进入高压区冲击叶轮构成机械剥蚀而产生汽蚀。
3.5材质问题
在不能完好避免汽蚀现象发作时,应采用抗汽蚀材料制造叶轮,普通来说,零件表面越光,材料强度和韧性越高,硬度和化学稳定性越高,则材料的抗汽蚀性能越好,该泵的材质为HT250,属普通材质,而且加工精度并不高。
3.6设计问题
能否在叶轮进口直径、叶片进口宽度、叶片进口边的位置和外形等设计上存在问题。
3.7化学腐蚀
此外,含有氯离子且偏碱性弱腐蚀的水质,也会加速对叶轮汽蚀的腐蚀。
4 分析结论
按上述方法,根据试车、运转及检修的角度分析,我们以为构成P4201循环水泵叶轮严重汽蚀破坏的缘由为:
4.1表往常两个方面:一是试车时,在额定扬程下,电机电流过大,超载,连续跳车3次,当时在检修时将叶轮直径从850切割至820;另一方面,试车、运转过程中,该泵的噪声和振动不时都很大,没有抵达合同技术附件中恳求的标准及国度有关规范,说明泵在理论运转中偏离了泵的性能曲线,从一开端,汽蚀现象就很严重。
4.2材质抗汽蚀性能差,该泵叶轮材质为HT250,材料强度、韧性、硬度和化学稳定性差。且加工精度不高,叶轮表面粗糙。
4.3水质不好。该泵在2009年化洗预膜时运转时间较长,由于水中腐蚀性药物及运转中氯离子、偏碱性弱腐蚀性水质分离作用构成腐蚀破坏。
4.4轴封填料透露大,有可能漏入空气。
5进步水泵抗汽蚀性能的措施
5.1叶轮番道内刷涂环氧树脂;
5.2叶轮采用抗汽蚀性能较好的铸钢、1Cr18Ni9Ti等不锈钢;
5.3进步叶轮表面光亮度;
5.4改善填料密封效果;
5.5把各项防汽蚀措施落实到现场运转规程和运转管理、检修管理、设备管理工作中。消弭产生汽蚀的环境,在操作中确保吸水池水位高于限值。