總述離心泵汽蝕的原因和解決辦法
作者:網絡發布時間:2015-12-28 11:18點擊:
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壓力降低是汽蝕發生的條件，水中存在大量的汽泡迅速破裂則是汽蝕發生的內因。因此，要改善和降低煤礦主排水泵葉輪的汽蝕破壞，需要提高水泵入口壓力。
在煤礦水泵相當于是煤礦的“心臟”，水泵工作性能的好壞直接影響到煤礦的生產安全，保證煤礦排水設備尤其是主排水泵狀況的完好和穩定性具有非常重要的意義。水泵的葉輪是水泵將電機的機械能轉化成水的壓力能和動能。對離心泵來講，只要葉輪性能良好就能保證水泵的正常運行。然而長期以來，困擾離心泵正常運行的一大難題就是水泵葉輪葉片的損壞的問題，產生這種破壞的主要原因，往往就是葉輪發生了汽蝕現象，所以研究泵產生汽蝕現象的原因以及如何預防汽蝕是非常關鍵的問題。而這也正是設計人員在煤礦排水設備的選型設計、安裝過程中重點要考慮的問題，實際使用過程中真正使煤礦主排離心泵葉輪遭到破壞的最主要原因是由于水中的固體顆粒的磨損，增大了礦水重度，從而增加了汽蝕發生的可能性。為此，本文專門研究了煤礦主排水泵的具體情況，就固體顆粒的存在對葉輪破壞的影響進行研究。
1、汽蝕現象產生的原因
離心泵進水口處的絕對壓力減小到當時水溫下的汽蝕壓力時，水發生汽化。水在入水口形成氣體，從而入水口形成許多小氣泡。這些小氣泡隨水流進高壓區時，汽泡迅速破裂，周圍液體立即填充原汽泡空穴，由于汽泡破裂時間很短，所以形成高達幾百兆帕的水力沖擊。汽泡不斷地形成與破裂，巨大的水力沖擊以每秒鐘幾萬次的頻率反復作用在葉輪上，時間一長，就會使葉輪的葉片逐漸因疲勞而剝落；同時，汽泡中還夾雜有一些活潑氣體（如氧氣），對金屬的光滑層因電解而逐漸變得粗糙。金屬表面粗糙度被破壞后，更加速了機械剝蝕。另外，氣泡形成與破裂的過程中，會使過流部件兩端產生溫度差異，其冷端與熱端形成電偶而產生電位差，從而使金屬表面發生電解作用，金屬的光滑層因電解而逐漸變得粗糙。在機械剝蝕、化學腐蝕和電化學的共同作用下，金屬表面很快出現蜂窩狀的麻點，并逐漸形成空洞而損壞，這種現象稱之為汽蝕。
2、汽蝕現象發生后對泵的嚴重影響
當汽蝕發展到一定程度時，將影響離心泵的性能并妨礙其正常運行。主要表現為以下幾個方面：
（1）泵的性能改變 汽蝕初生時，對水泵外特性并無明顯影響。汽蝕發展到一定程度后，水泵的功率、效率、流量和揚程等參數會突然下降。當汽蝕充分發展后，水流的有效過流面積會減小很多，以致引起水流中斷，不能工作。
（2）引起振動和噪聲 氣泡破裂時，液體質點互相沖擊，產生噪音和機組振動，兩者互相激勵使泵產生強烈振動，稱為汽蝕共振現象。
（3）過流部件表面的破壞 汽蝕破壞將大大縮短水泵的壽命，剝蝕和腐蝕嚴重時，會產生葉片斷裂或穿孔等重大事故。
3、葉輪磨損實驗分析
利用在葉輪葉片上涂漆的方法，對葉輪損傷的部位和程度進行定性分析實驗條件：
（1）用含一定沙粒的水代替礦水，使密度和礦水相同（ρ=1025kg/m3），分別在發生汽蝕和不發生汽蝕情況下進行磨損實驗：
（2）用清水在發生汽蝕的情況下進行磨損實驗。離心泵在以上2種條件下運行10h后，觀察葉輪損傷情況并進行分析。實際應用中的煤礦主排水泵葉輪損壞最嚴重的部位是葉片進口壓力面和吸水面，葉片材料剝落形成凹坑，嚴重的甚至形成葉片剝落：葉片出口壓力面磨損也比較嚴重。后蓋板上從葉片進口到葉片中部凹凸不平，受到不同程度的損壞。實踐證明，涂油漆只有葉片進口端有較明顯的固體顆粒摩擦痕跡，整個葉輪葉片流道沒有汽蝕點。汽蝕損失情況下，葉片進口端、葉片進口壓力面、葉片出口壓力面的油漆有較嚴重的固體顆粒的摩擦痕跡，特別是葉片進口吸力面有大面積的汽蝕點存在，在損傷部位及程度基本上和實際煤礦主排水泵葉輪的損傷情況一致，程度較無汽蝕時好。條件2下清水的實驗沒有磨痕，只有汽蝕點，汽蝕的程度和含沙水相比要小得多，說明含沙粒的礦水擴大了汽蝕范圍。由此可見，在相同流體介質條件下，發生汽蝕時的損傷比不發生汽蝕時要嚴重；相同汽蝕條件下，有固體顆粒的介質比沒有固體顆粒時要嚴重。
因此，汽蝕是煤礦主排離心泵葉輪損傷的主要原因，消除汽蝕可以降低水泵的破壞，消除水中的固體顆粒則可更大程度地減輕破壞。實驗結果表明，雖然我們還不清楚汽蝕與固體顆粒的大小是否有關系，但可以驗證破壞作用的客觀存在。
4、對策與結論
由以上實驗可知道壓力降低是汽蝕發生的條件，水中存在大量的汽泡迅速破裂則是汽蝕發生的內因。因此，為改善和減輕煤礦主排水泵葉輪的汽蝕破壞，應從以下2方面改進：
（1）設計、制造方面。
1）改變葉輪形狀的設計及優化葉輪的結構參數，改善汽蝕產生的外部條件；
2）葉片及其他水流經的部件應選用抗汽蝕性能良好的材料；
3）減少吸入管的壓力損失∑h、吸入管路系統包括底閥、慮水器、管路、彎頭、等，使這些部位的安裝設計合理，減少損失，也是降低水泵發生汽蝕現象的重要途徑；
4）減少泵本身必須的汽蝕余量，為此，可適當加大手級葉輪吸入口直徑，或采用無底閥排水。
（2）使用方面。
1）在安裝允許的條件下，盡量減小泵的吸水高度。這樣使離心泵運行中的允許汽蝕余量更大些。一般情況下安裝高度在2～3.5m時，降低泵發生汽蝕現象。
2）降低井水的密度，含煤粉和泥沙的礦井水，為了減小礦水密度以減少泵的汽蝕，應在礦井排水之前做沉淀處理。
3）減小水流進泵吸入口的平均流速。
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