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如何缓解单级消防泵在运行中的汽蚀破坏?
发表时间:2018-10-23  点击:79

汽蚀是液力机械中常见的故障之一,在工作生产中有很多水单级消防泵用户因为选型以及保养问题,同时未充分考虑大气压、温度、介质气化压力的变化等常常因为汽蚀而引起单级消防泵的过早失效。上海连辰单级消防泵业将主要介绍如何缓解单级消防泵在运行中的汽蚀破坏,这些方法在实际应用中均取得了明显的效果。

 

一、汽蚀的产生原因

 

汽蚀是由液体汽化引起的,液体分子逸出液体表面,成为气体分子的过程,称为“汽化”。液体的汽化程度与压力的大小、温度高低有关。溶解于液体中的气体,在压力和温度变化时也会释放出来,形成汽穴。当液体内部压力下降,低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时,在局部区域形成汽泡或汽穴;而在压力升高的地方汽泡突然被四周的压力压破,液流因惯性以极高的速度向汽泡的中心挤压,对设备造成水力冲击。这种微泡的产生、溃裂以及对过流表面产生物理和化学作用的整个过程称为汽蚀。

 

如果液体中不含任何杂质,即使在压力很低时也不会发生汽蚀。国外的汽蚀研究者通过试验认为,超高纯水的抗拉强度(即产生空穴的极限)远远超过通常的金属材料的抗拉强度。但通常的液体中总是含气体或固体,这些杂质成为汽蚀核子,在一定条件下诱发空穴的发生。含砂水流由于水与砂的比重不同,砂粒运动轨迹与流线脱离,可能会加速汽蚀的发生。

 

二、在役单级消防泵的汽蚀诊断方法

 

单级消防泵的使用者通常无法利用制造厂流量一定时扬程的下降来判定汽蚀是否发生的方法。在役单级消防泵是否发生汽蚀,除在汽蚀破坏后观察法外可以采用(1)超声波法;(2)单级消防泵体外噪声法;(3)振动法等方法判断。

 

观察法:破坏表面观察法是在事后观察方法,根据破坏的表面形状来进行判断。由于汽蚀、铸造气孔、冲刷磨损、腐蚀等均会造成金属表面形状与理想形状的不同。汽蚀破坏的金属表面通常显现蜂窝状,它是由局部高速水打击金属而使金属表面疲劳破坏,所以蜂窝孔一般是与外部相通的,大多数的坑槽与金属表面垂直。铸造缺陷的疏松往往深藏在金属内部,有时由于水流的冲刷将金属内部的疏松、气孔呈于表面而误认为是汽蚀,但当我们用机械的方法继续去处表面时会发现其内部仍有气孔。冲刷磨损痕迹往往出现与水流方向相同的沟槽,但要注意有时有水流旋涡。

 

噪声法:单级消防泵体外噪声法比较简单,可以不与单级消防泵体接触。但由于噪声法受周围环境噪声的影响较大,当显示其强度最高时。一般水单级消防泵汽蚀已达到非常强烈的阶段,这时人耳已能通过强烈的汽蚀爆裂声判别汽蚀工况。因此,单级消防泵体噪声法不太适合现场监测汽蚀的发生。

 

振动法:这种方法是通过加速度计探头测量单级消防泵体振动频率的一种方法,方法简单,但灵敏度较低。特别对于大单级消防泵,单级消防泵体刚度大。对单级消防泵内局部汽蚀引起的汽泡溃裂所产生的激振反应迟钝,同时,单级消防泵上振源较多。由于汽蚀引起的振动常被掩没在其它振动之中。因此,振动法只适宜作为现场监测汽蚀的辅助手段。

超声法:超声波法测量汽蚀方法简单,调试方便,且不受其它环境噪声的干扰,对汽蚀的发生和发展敏感性强。因此,作为单级消防泵站现场监视汽蚀是一种比较理想的方法。

 

三、减轻在役单级消防泵的汽蚀破坏的方法

 

1、进水池
在使用现场,对发生汽蚀(包括其它故障)的单级消防泵查看进水池的流动状况是十分必要且又方便易行的。如果池表面能看到强力的旋涡,应该考虑加破涡板。另外,管口与进水池的几何尺寸也应注意。如:管口离池壁的距离是否合适,是否有气泡进入单级消防泵吸入管。注意水池水位是必要的,抬高进水池水位可以减轻甚至彻底阻止汽蚀的发生。
解台单级消防泵站对进水口改造,汽蚀浸蚀减少45%左右。齐鲁石化的刘克旺、孙敬河等人在循环单级消防泵进口添设破涡板后单级消防泵的汽蚀不再发生且流量从不稳定的8500、8000m3/h分别提高到稳定的9700、8200m3/h。

 

2、进水管路
进口管路的设置除应该尽量使管路损失小(如尽量少的弯头和不必要的阀门)外,让进水管不得有高于单级消防泵进口的部位以防止管内积气。
1995年赤水天然气化肥厂在循环单级消防泵进口橡胶膨胀接为1000mm,而管子为800mm。为此增加了放气管,解决了由于其阻造成的压力下降,解决了汽蚀问题。

 

3、调整单级消防泵流量
新疆电力设计院王卫东建议由于我国采用的原阻力计算公式来源于原苏联,其阻力计算值比实际的大,阻力计算宜采用新公式进行。否则,单级消防泵在大流量运行容易发生汽蚀。
在水单级消防泵设计选型与实际有一定的偏差时,水单级消防泵产生汽蚀和经济运行可以通过切削叶轮来加以解决,以期达到消除汽蚀,运行经济的目的,实践证明,这种方法确实行之有效。

 

4、利用引射结构
喷射装置在原理上相当于液-液喷射单级消防泵。在单级消防泵的出口处引出一高压水引到如图所示的高压水室内,高压水通过环形喷嘴进入单级消防泵的吸入管内。高压水与吸入管内的水混合、交换能量,混合后的混合水能量相对于原吸入管的水能量增加,从而满足单级消防泵进口所必须的汽蚀余量。

 

5、进口补气
补气的方法并不能防止汽蚀空穴的产生,但适当补气会减轻空穴破裂时产生对流道边壁的破坏,补入的气体象一层保护流道边壁的海绵。这种方法在水轮机等中普遍采用,但向单级消防泵内补气由于补气量难于掌握使用非常少。

 

6、采用抗汽蚀材料
不同的材料抗汽蚀能力有十分明显的区别。影响材料抗剥蚀能力的因素很多,通常具有高硬度和高弹性的材料抗剥蚀能力较强。国外推荐低碳铬镍合金钢,如13Cr4N作为在汽蚀状态下工作的水力机械材料,具有较好的抗剥蚀性能。

 

 

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