離心泵葉輪抗汽蝕優化設計

2009-08-24 陳敏廣州鐵路職業技術學院

1、前言

　　某乙烯公司循環水系統共有17臺32SA-10C型單級雙吸式離心水泵。96年開工以來該泵經常由于汽蝕，造成泵運行不平穩、振動、噪音偏大。更嚴重的是葉片發生汽蝕破壞時，泵無法繼續運行。

2、該離心水泵原始參數

2.1、32SA-10C 循環水泵的主要參數

　　（1）流量：5040m3/h；（2）轉速：730rpm；（3）溫度：40℃；（4）介質：循環水；

2.2、32SA-10C 循環水泵的使用情況

　　泵葉輪采用HT200 灰口鑄鐵制造，正常使用時，運行不平穩，振動大，噪音大，運行半年，葉輪由入口邊至葉片全長的三分之一處，汽蝕而全部穿孔，最大孔徑為ф40mm，這時不得不停機更換新葉輪。

3、離心泵葉輪優化措施

3.1、離心泵汽蝕破壞的原理

　　汽蝕是一種液體動力學現象，發生的根本原因在于液體在流動過程中出現了局部壓力降，形成了低壓區。當泵吸入口壓力降低到該處相應溫度下的飽和蒸汽壓時，液體發生沸騰汽化，使原來流動的液流中出現大量氣泡，氣泡中包含著輸送液體的蒸汽及少量原來溶解于液體中而逸出的空氣。當氣泡隨同液流從低壓區流向高壓區時，氣泡在周圍高壓液體的作用下，迅速縮小凝結而急劇地崩潰。由于蒸汽凝結過程進行得非常迅速與突然，結果在氣泡消失的地方產生局部的真空，周圍壓力轉變的液流非常迅速地從四周向真空空間沖擠而來，產生劇烈的水擊，形成極大的沖擊力。由于氣泡的尺寸極微小，所以這種沖擊力集中作用在與氣泡接觸的零件微小表面上，其壓力可達數百個大氣壓以上，水擊頻率高達25000次/s。因而使材料壁面上受到高頻高壓力的重復載荷作用而逐漸產生疲勞破壞；同時，如果所產生的氣泡中還夾雜有活潑氣體（如氧氣等），借助于氣泡凝結時放出熱量對金屬起化學腐蝕作用，致使金屬表面出現麻點以導致穿孔，嚴重時金屬晶粒松動并剝落呈現出蜂巢狀甚至把壁面蝕穿。這種氣泡不斷形成，生長和破裂崩潰，以致材料受到破壞的過程，總稱為汽蝕現象。

3.2、循環水泵優化方案

3.2.1、優化葉輪參數

　　由于現場工藝條件限制，乙烯公司循環水系統32SA-10C 泵進口管路比較復雜，造成管路損失過大，葉輪進口存在明顯壓降，泵形成汽蝕。欲不使泵汽蝕，必須增大有效汽蝕余量NPSHa 或減小泵汽蝕余量NPSHr，保證有效汽蝕余量NPSHa 大于泵汽蝕余量NPSHr。但是有效汽蝕余量NPSHa 的大小與裝置參數及液體性質有關，而泵汽蝕余量NPSHr 與裝置參數無關，只與泵進口部分運動參數有關，泵進口部分運動參數在一定轉速和流量下是由泵的幾何參數決定的，也就是說，泵汽蝕余量NPSHr 是由泵本身決定的。在進行了多方面比較權衡后，確定了下列改造方案：保持原泵殼、底座、管路等工藝條件不變，即不改變有效汽蝕余量NPSHa，而是按實際工藝流量重新設計葉輪，通過改變葉輪參數減小泵汽蝕余量NPSHr，來提高泵的抗汽蝕性能。

3.2.2、優化葉輪的制造工藝和葉片材料

　　原葉輪采用了鑄鐵整體鑄造的方式，鑄鐵材料的晶粒結構不夠致密，σs，σb都不夠高，抗應力腐蝕能力不強，在發生汽蝕的情況下，容易快速形成汽蝕破壞；鑄造葉片沒有較高的鍛造比，材料疏松，晶粒粗大，抗汽蝕性能明顯低于鍛造葉輪。基于上述原因，改變葉輪制造工藝及葉片材料，來提高泵的抗汽蝕性能。