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[资料] 离心式热水循环泵汽蚀原因及解决方法

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发表于 2011-7-13 23:52:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在轮胎硫化过程中,内压过热水的稳定供给与循环是极其重要的。在其完整的闭路循环系统中,热水循环泵如同人体的心脏一样重要,不可须央出现故障。但是,实际的情况难免意外。仅汽蚀来说,不仅造成水泵的损伤,尤其能导致循环系统产生大的压力波动,甚至顿时失压,对初硫化期间的轮胎造成了致命伤。由此可见,认清汽蚀原因,采取有效防范或妥善解决措施是十分必要的。
& v) e, F/ K4 |( V4 A! u1 汽蚀原因分析& P- L: e: b. e/ P0 I1 o( \' h6 v
1.1 定性分析
1 [/ q' z/ U: N+ g1 B( e8 M8 T水泵吸入口处的水因汽化成汽泡,这些汽泡在水泵排出口之前被高压挤碎(水的质点在叶轮流道上运动时,是不断增大能量的,汽泡被挤碎的位置也是唯一的),由于汽泡的占空突然“消失”,引起了水质点的强烈冲击,造成对泵叶轮的汽蚀破坏,同时使泵出水压力波动,严重时产生失压。
  V" r' _. F$ [* N水泵吸入口处水的汽化条件是:其压力突然低于该处水温对应的饱和蒸汽压力。一个正在稳定运行的供热系统,压力、水温、流量稳定,在遇到下列情况(之一)时,就会使水泵入口处的水压降低。% E8 q8 f, F9 H! v* d9 c
(1)供入除氧器的蒸汽压突然降低;" h. v1 e5 `6 I; \
(2)供入除氧器的蒸汽温度突然降低;
% Y. V; l4 ?  o$ G. c8 a2 W(3)大量地向除氧器中补充较低温度的凉水;8 S1 K+ {! H% }7 G/ C3 T
(4)硫化车间用水量突然加大;/ M3 m& G% u3 E
(5)泵出口以外直至循环回除氧器管网中管路阻力突然大幅度减小;" [' ]- s+ c* C$ D
(6)泵出口以外直至循环回除氧器管网中突然有大量的泄漏。
) _+ a6 _' |4 J4 ?) ^, y1 d' A一旦因上述情况使泵入口处压力降至低于饱和蒸汽压,就会产生汽蚀。
7 o) `: C/ q' b' o9 q- m1.2 定量分析; a8 L, g% E6 t5 i! N
附图是除氧加热系统简图。取除氧器内液面作基准高度,定义为“1-1”界面。水泵入口处为“2-2”界面。( M- h5 |- Q1 n; w: B8 U2 k
20074711281459267.jpg (1)安装高度计算0 K" M3 ~- S6 k2 k
Hg=P0/ρg-P饱/ρg -Δh-Σhf(1-2) (1)8 q( ^9 r- P0 F$ S& |
式中Hg——计算安装高度,m;+ `; h7 c% |) u5 r
P0——除氧器内汽压,Pa;
! N2 M1 ~- O* c' G" q7 B- ]) t/ \2 D6 X. @; {P饱——热水泵入口处,即“2-2”界面处水的饱和汽压,Pa;3 ?6 @) @/ g4 F& ]' `( U
ρ——液体密度,kg/m3;0 _, ^: M2 g' j4 z" y
g——重力加速度,m/S2;* c6 C1 t7 `3 O( v
Δh——泵的汽蚀余量,m;
1 {# S  I' K9 A: g; v6 Q. PΣhf(1-2)——热水自除氧器流至水泵入口处的阻力损失,m。
0 G& q* Y* A2 k7 j; I# @" p7 Y热水自除氧器流至水泵入口处时,可以忽略水温的变化,即认为P饱=P0,泵的汽蚀余量Δh,随泵资料给出为3.9m水柱高。
( ?. b3 v$ ]  `  L1 C# K4 }输入侧管道阻力损失Σhf(1-2)估计为1.1m水柱高。
: K! @! v" Q; ~7 N! r1 l4 P于是,由(1)式计算:
$ c5 `* j. ]& x5 ZHg′=-3.9-1.1=-5m水柱高
& c+ c0 G- {# Q8 o" g( {+ Q1 p这是按20℃水计算结果,折成170℃水时:
8 R/ ?: ]9 m+ E  j7 w0 a8 RHg=ρ20gHg′/ρ170g=998.2×(-5)/897.3=-5.5m水柱高$ T1 J& d) j% J( _
就是说,热水泵的安装高度至少要比除氧器最低运行液位低5.5m。
9 K$ D& d5 t5 S! k* \( n+ o* r: t5 F实际例子是低10m,安装高差尚有4.5m的裕量(按170℃水计算所得)。4 ^& V: W/ R! i" G5 N
(2)除氧器内压变化多少可发生汽蚀) A' H6 L, r' X. ^$ D4 U& l' H/ [
己处于稳定运行状态的除氧动力系统,除氧器内汽压、水温,水泵入口处的压力和水温都是相对稳定的。假定这时P0突然降低,则系统平衡便被破坏。但在P0降低的同时,水泵入口处的水温是绝对不会立即下降的,现有10m170℃水所形成的压力是:
4 ~  B  x- v: V) `* l, Dh′=10×897.3/998.2≈9m水柱高
3 ?) m7 r5 ?1 Z用(1)式计算P0的下降量:
2 S% w) @- q" r( D* {令[(P0-ΔP)-P饱]/ρg一Δh-Σhf(1-2)+h′=0
- J  g( u, q! p* Q(P0-ΔP)-P饱=[-h′+ h+Σhf(1-2)]ρg=[-9+3.9+1.1]×998.2×9.8=-39129.44Pa
; ?8 t' c8 D" |  M7 |& j1 {$ J∵P0=ΔP -P饱= P饱-ΔP -P饱=-ΔP
: h* G0 }1 c8 R2 k8 }∴ΔP=39129Pa
* F  z' [! W, ]7 T. z$ O- t即,若水温在170℃,即饱和蒸汽压(表压)为0.678MPa状态下稳态运行,当汽压突然降到表压0.639MPa以下时,就有可能造成汽蚀。: F6 |* z$ B3 G8 |+ B0 C
(3)补水量达到多少可致汽蚀发生
' J; a( w8 H, A% R% |5 L) i* W管网中一旦发生较大泄漏,系统平衡破坏,除氧器水位就会快速下降,于是就需要快速大量地补入相对低温的软水。6 I9 Q; t9 v8 R' a& j- [6 t$ y
设除氧器稳态运行存水量为:+ N' |/ e: m1 R" G  V. r, G
25m3(容积)×0.7(占空率)=17.5m34 G8 h% R$ i; V% n" s0 P7 W
在某较短时间内,因水位突降,存水量减少了Vm3,于是补入低温水Vm3。8 W& h+ g4 V. ~- I  K
在补入低温水时,P0也会降低,蒸汽的流量会增大,携入热量速率会大于原先稳态运行时。为简化推导,在此仅考虑冷热水的热交换对P0的影响,忽略增大的蒸汽流量的热交换作用。
8 a! c7 U1 D/ s3 D2 C* O. y/ R设补充水温为60℃;稳态运行时水温为170℃;170℃的(17.5m3-Vm3)水同60℃的V m3水相混合(忽略混合后总体积与17.5 m3的差异):
% _* E; S) z6 f2 ZΔQ1=m1(TCP12-60CP11)- O2 f$ u3 B8 g1 E: W+ l9 ^
ΔQ2=m2(170CP21-TCP22)
9 v' |( q5 ^% P' ]) V* pm1=Vρ60 =983.2V0 M$ P$ H9 c" {8 |/ f# O8 W/ }
m2=ρ170(17.5-V)=897.3(17.5-V)* }0 J; }: r5 Y6 }4 z9 ?
饱和蒸汽的绝对压力为0.7377MPa时见前面计算,T取168.13℃。: |2 z1 u6 G8 E# D" o4 k
CP11=0.988;CP12=CP22=1.0445;CP21=1.046) V* ^7 H& K. M) ^, U
令ΔQ1=ΔQ2,代入各参数数值:, D: |8 T& J0 G, o8 f& Z$ g
983.2V(1.0445×168.13-60×0.998)=897.3(17.5-V)×(170×1.046-1.0445×168.13)7 B5 G# E; H1 {" @) K* j& Q( {
解出V=0.31m32 k# v) Z4 W" [$ a
加入冷水时,P0降低,蒸汽流量会加大,不单纯是两种温度的水混合。可以放宽估计,当短时间内加60℃的补水达1m3时,可能引起汽蚀。9 v' y$ l* Q; i/ n; R9 ?6 u
(4)泵出口流量增加多少时可引起汽蚀
6 }/ x- D' ]7 f/ B+ }6 [/ N* L当生产负荷突然加大,管网上管阻突然减少或管网上有大量泄漏,都会导致泵出口流量增大。
/ {7 Z- G+ x' }/ q  v  O9 D这些情况发生时,会使稳态运行中的除氧器液位突然降低,同时有冷水补入。冷水补入的影响,前边已讨论过,在此不考虑这一因素,只按流量增大所引起的泵入水口处静压降低来推敲。
) e. F) `# O8 b" L9 G9 z4 f流量突然加大,泵进水管内流速加大,水的漏流程度提高,动压头和阻力损失都会加大,所增大的部分要由静压头转换。
# F6 G1 b' f3 q* ^0 {在流量为150m3/h,原输入侧管路损失:- z' D* g8 _3 q7 `7 o/ C
Σhf(1-2)=1.1m水柱高,据Σhf=ξu2/2) T; b! J0 V" x" z& [4 L
U=Q/S=150÷3600/π÷4×0.082≈8.29m/S3 D' ?  D/ S; O* X
ξ=2Σhf/U2≈0.032
% a# b  \5 `# W* G: T, d, I前面已知现有10m的安装高差,相当于9m水柱高,这9m水柱高扣除汽蚀余量及原有阻力损失计5m水柱高,剩4m水柱高。
$ i/ s1 k7 R6 E. u* H0 u6 G  z: m令ΔU2/2+ξΔU2 /2=4
. i* L2 M. _- Q得ΔU ≈2.784m/s' O( p2 M; ]$ p7 @5 e
又ΔQ=ΔUS=2.784×π/4×0.082=0.014m3/S=50.38m3/h0 w4 \0 D( u! d1 K5 A, A# C
即流量突然增加大于等于50.38 m3/h 情况下,有产生汽蚀的可能。
0 j* q) b& t- e; y1 V. M. ?( j可以用一句话来概括三项定量分析结论:半个汽压壹方水、五十流量可捣鬼。; S" q5 ~$ F9 k- J
2 预防和消除汽蚀的对策: o( B2 ]8 m: |6 t5 S5 T
据上述分析,汽蚀的原因就在于除氧器内汽压的突然降低、水温的突然降低或泵流量的突然增加。由此,提出以下对策:3 d+ ]) K6 Q) ^- j5 K. {9 G0 G
(1)若汽源压力和供应能力皆富裕,应设置除氧压力自控装置,保证P0的稳定。
" B, Y* P& z4 |7 }(2)若汽源压力和供应量不富裕,应在提压增量后再配压力自控装置,保证P0的稳定。
/ w& p* K/ z5 B$ b6 U1 q' B9 [(3)减少硫化机、罐同时入线台数,即减小流量增长率。
- t3 N8 a3 \# E; a3 ~9 r& ~9 v(4)减少以致杜绝管线泄漏。
) `* ]4 W- s3 a  v8 S(5)提高补水水源水温。
0 x, Z5 Q% y4 d" x(6)在保证最有效除氧换热效果前提下,除氧器液位控制点尽量设高。
# S6 R4 m: N) f# H+ M(7)水泵的供水能力要大于生产最大负荷,以考虑局部泄漏问题。
1 \% j4 R2 E! r& u+ _4 S(8)在水泵出口设置排汽阀门,当汽蚀发生时,开阀排放所生成的汽体。或可同时提高除氧器供汽压力。
3 o( W% p) s* i- C  V9 l(9)设置除氧器内汽压同水泵入口水压之间的差压测量显示仪表,以监视其变化。若该差压大于某一数值,则预警汽蚀的发生(此差压不是定值,水温愈高、流量愈大,差值愈小)。) \( W8 @. V( z1 `
(10)发生大量跑水时,增加供水泵台数,这样,每台泵的流量就会小些,泵入口处静压损失也会小些。
% ^% h7 e3 P1 W. p& c7 r文章关键词: 水泵、机械、阀门、维修
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