离心泵安装高度的确定及气蚀的控制措施研究

离心泵安装高度的确定及气蚀的控制措施研究

刘永刚

刘永刚

国家能源集团神东煤炭集团锦界煤矿机电一队

陕西省榆林市719300

摘要：文章对煤矿企业中应用离心泵的现状进行介绍，分析离心泵安装高度确定和计算方法，而且通过两个工程实例来对离心泵安装高度确定方法进行介绍，分析离心泵运行中比较容易出现的气蚀问题的表现、原因以及危害，并针对这些因素提出了对离心泵设计、制造和应用中的气蚀控制措施，以供参考。

关键词：离心泵；安装高度；气蚀控制

1引言

在目前我国经济快速发展以及对能源的需求量在不断增加的形势下，煤炭作为目前我国社会主要的能源形势，由于人们对煤炭资源需求量的增长，也增加了煤矿开采生产压力。在煤矿中主要应用的排水设备就是煤矿用多级离心泵，其不仅可以确保煤矿井下的正常排水，还对确保煤矿井下的安全和正常生产起到重要作用。而且离心泵在应用中也表现出具有较为简单和紧凑的结构、较为均匀的流量、较少的故障概率、运行稳定、价格较低、便于使用和维修等优点，但是离心泵在井下运行中比较容易出现的问题就是气蚀问题，会对离心泵以及机封、轴承等部件造成损坏，对煤矿安全生产造成直接影响。因此就需要从离心泵的设计安装以及日常生产管理过程中做好离心泵气蚀的预防与控制工作，确保离心泵的安全和可靠运行，延长其使用寿命。

2离心泵安装高度确定分析

在对离心泵进行安装时对离心泵气蚀危害问题进行最有效的预防方式就是对安装高度进行确定。为了实现对离心泵安装高度的精确控制，需要对离心泵吸入管线作业行为进行注重，按照通过下列公式来进行计算：Hg=（p1-p2）/ρg-U22/2g-hf，1-2。其中的hf，1-2为管线压头损失，p1为贮藏液面压力，Hg就是所确定的离心泵安装高度。此外，在离心泵运行中的水温在20℃时，由于水面压力处于Hs的状态下，而且离心泵的气蚀性能也与Hs有着直接关系。因此还需要将离心泵的安装高度控制在Hs真空高度以下来避免出现气泡破裂以及气蚀等问题。在对Hs进行计算时，就需要按照以下公式来进行计算：[Hs]=Hs-[10.33-Hg(mH2O)]-[Hz(mH2O)]-0.24]。其中，Hg、Hz分别为大气压、蒸汽压力。在经过上述换算公式进行换算之后，为了对离心泵的安装高度进行确定，就需要将换算得到的Hs数值代入水泵高度计算公式中，也就是Zs=[Hs]-V12/2g-∑Hs中来对高度进行精准确定。另外，还要通过Hs=（Hg-Hz）+V12/2g-NPSH公式来反馈离心泵的气蚀余量性能，实现对离心泵最佳高度的确定。

3工程计算实例分析

以某工程项目中应用离心泵为例，为了在对离心泵进行安装过程中采取有效的气蚀预防和控制方法，就需要对其安装高度进行计算。在已知条件有：流量为0.22m3/s，Hs为4.5m，海拔为100m，进口直径为300mm，水温为30℃。然后通过杉树公式来对安装高度进行计算。得出[Hs]=Hs-（10.33-Hg）-（Hz-0.24）=4.18m。也就是允许真空高度为4.18m。将允许真空高度代入下式之后得出安装高度的最大值为Zs=[Hs]-V12/2g-∑Hs=1.68m。在计算出上述最大安装高度之后就可以在安装中对高度以及安装工序进行控制来确保离心泵处于最佳运行状态中。

以及某公司中对离心泵进行应用为例，为了对气蚀问题进行有效预防，在离心泵安装之前对液体温度、气蚀余量以及管路状况进行分析和考虑来对安装高度进行计算和确定。也就是说，在确保离心泵处于最佳的运行环境中，需要选择Zs=[Hs]-V12/2g-∑Hs公式，或者是Hg=（p1-p2）/ρg-U22/2g-hf，1-2，来确保离心泵的安装高度满足气蚀控制的要求，实现整体工艺开展水平的提升。

4气蚀产生的危害及其原因分析

在煤矿生产中进行离心泵运行时，从泵的入口一直到叶轮入口的液体压强不断降低，而且在叶片附近会产生低压区。但是在叶轮的做功过程中会不断提高液体的压强，此时在此低压区中的液体压力就会比输送条件下液体的饱和蒸气压低，在上述条件下就会出现液体的汽化现象并且会产生气泡。此时如果出现压力持续降低的现象，就会不断增多气泡的数量以及扩大产生气泡的区域。而且在液体中溶解的气体也会在上述压力不断下降的同时产生气泡现象。上述过程中产生的所有气泡会在液体流动时向高压区不断流动，但是在高压区的高压作用下就会导致这些气泡凝结和破裂消失。但是在气泡小时的瞬间会导致气泡周围的液体以非常高的速度对气泡消失之后的区域进行占据，而且在此过程中会产生局部高温、高压以及水击现象，主要表现出较大的噪声、较为严重的振动以及出现严重的对流道材料侵蚀等问题。这就是出现气蚀问题。

气蚀问题所产生的危害主要表现在以下几个方面：一是会造成上述剧烈振动和噪声。这主要是在气泡消失的瞬间会出现比较严重的水击问题，此时会伴随有“噼噼啪啪”的声音，也是引起泵异常振动的主要原因，严重时会导致泵无法正常工作。二是对流道部件的侵蚀危害。在气泡破裂瞬间的巨大的冲击力作用下会对导致叶轮的局部地方出现材料表面疲劳的问题，表现出从点蚀到蜂窝状或海绵状的现象，甚至会出现表面被严重蚀透或者是对叶片造成穿透等损坏问题。三是机封破碎和介质外漏等危害。在上述气蚀作用下出现剧烈振动的问题时，如果没有及时发现并且有效控制，在机泵长时间的持续振动过程中就可能会导致机封在上述振动作用下而出现静环破碎并导致介质外漏的问题。这就会给离心泵的正常使用以及煤矿生产带来严重的安全隐患，甚至会出现火灾或爆炸事故等。四是会缩短轴承的使用寿命。这主要是在气蚀作用下导致泵异常振动时，容易导致出现轴承架破损的问题，严重时就会导致轴承滚珠破损以及轴承振动持续增加，最后会导致轴承的温度不断升高而使得轴承箱着火。五是降低泵的使用性能。在气蚀的危害下或对流体介质的连续性造成破坏，主要表现出泵的扬程、流量以及效率降低等问题，也会对泵的正常使用造成严重影响。此外，还要做好离心泵运行过程中的设备和管线的维护工作，以及对过滤器的清理、对过流部件的维修、对离心泵口环磨蚀情况的检查等工作。

5提高离心泵气蚀控制的有效措施

5.1离心泵设计阶段的措施

为了对离心泵叶轮的抗气蚀性能进行提升，可以从其材料本身方面进行改进，采用具有较高抗气蚀性能的材料。其中比较常用的具有较高抗气蚀性能的材料有铝铁青铜、ZCr13、稀土合金铸铁等材料，因此可以在对叶轮进行设计和制造时对上述几种材料进行选择。此外，针对在较为恶劣的环境下运行的离心泵，还可以在选用上述具有较高抗气蚀性能的材料同时，在离心泵加工时对其表面进行涂层处理，通常是进行具有较高抗气蚀性能的金属材料的喷涂。此外，还要在对离心泵的叶轮进口进行设计规划时还可以在对叶轮轴线夹角进行确定之后，根据离心泵的运行状况来对泵体入口、叶轮入口之间的距离适当缩小来使得压降系数降低，实现对气蚀问题的有效预防和控制。还要在离心泵应用中通过对气蚀问题的观察和概率统计来对叶轮形状进行改进。

5.2选用双吸式叶轮

通过对双吸式叶轮的选用可以实现对气蚀现象的控制，而且还要在对其进行应用时为了实现对气蚀余量的降低而需要将此叶轮保持在“背靠背”的运行状态下。而且为了确保离心泵可以保持在最佳的状态下运行，还需要在每半个叶轮通过泵流量的一半流量时，就需要对泵体吸入性能进行增加，通常需要增加到原来的一倍。其次就是在采用双吸式叶轮之后还要对离心泵的操作进行改进。就是进行诱导轮的配置，而且要确保诱导轮所用材料的强度、韧性等满足具有较高抗气蚀性能的要求，实现对整体气蚀控制效果的提升。最后就是在对双吸式叶轮进行应用的同时，还要结合气蚀控制的要求来控制泵体流量以及转速等，降低离心泵运行中出现气蚀的概率。

5.3对工艺操作的优化

为了确保离心泵运行的稳定性以及降低气蚀的概率，还要对其扬程以及流量等因素进行有效控制。因此可以在对离心泵的操作和使用过程中对操作工艺条件进行合理优化。比如为了降低泵体气蚀的概率可以对弯头进行减少以及对吸入管道的直径进行增大、对流速进行适当降低。而且在上述工作操作优化的同时，还要做好定期对离心泵操作人员的培训，通过培训学习来确保熟练掌握离心泵运行中的转速、介质温度、流量等参数的控制技能，以及对离心泵的相关理论知识进行掌握。而且在实践中不断积累经验来做好离心泵运行中的阀门开度增加、泵体安装位置确定等可以确保对最佳气蚀余量进行控制的工作，实现整体工艺操作水平的提升。

5.4其他控制措施

在对离心泵进行选择时不仅要选择其材料以及类型，还要尽量选择具有较小的气蚀余量或者是较大的允许吸上高度的泵来提高其抗气蚀能力。在上述对泵的设计安装高度进行计算时，还要对安全余量进行充分考虑，尤其要重点关注对夏季高温运行环境下气蚀余量的控制，以最差工况来对参数进行设计。在所选择的离心泵满足工艺参数要求时，还可以尽量选择具有较低转速或可调速电机来对泵的转速进行降低的离心泵。如果所选择的离心泵为自启动的泵，还要对出口阀全开、出口背压为零、流量最大工况下的气蚀问题进行预防和控制。而且针对此类离心泵，由于其气蚀余量无法改变，如果存在此参数无法满足要求的情况，就可以在设计时对压力变送器进行设置来对压力进行合理设置和控制，实现离心泵出口背压的提高来预防气蚀问题。或者是可以在机泵出口进行自动控制阀门的设置，在进行自启动的过程中可以对出口阀进行关闭，在泵正常运行之后在对此阀门进行缓慢开启来避免出现启动阶段的气蚀问题。再或者是将自动控制阀门或者是控制手阀安装在自启动泵出口，实现对泵出口阀门开启位置的限制，以及保证离心泵在自启动过程中流量保持在允许范围之内而避免出现气蚀问题。

6结语

正是由于在离心泵应用中容易出现较为严重的气蚀问题，不仅会导致噪声以及剧烈振动问题的发生，而且在长时间气蚀危害下还会导致流道部件受到侵蚀、机封破碎、介质外漏、轴承寿命缩短、泵性能下降等问题。因此，在对离心泵进行安装之前要按照相应公式和方法来对安装高度进行精准计算和确定。还要通过离心泵设计、安装、使用和维护中的有效措施来对气蚀问题进行预防和控制，确保其满足工艺生产需求。

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