水泵叶轮抗汽蚀优化设计及材质.docx

水泵叶轮抗汽蚀优化设计及材质【摘要】离心泵发生气蚀叶轮会遭受气蚀破坏。本文简要提出叶轮提高抗汽蚀性能优化依据同时介绍了改善叶轮设计、提高离心泵抗气蚀性能的传统措施和最新方法以及双相不锈钢的应用指出焊接叶轮在离心泵运行中具有实际应用价值。【关键词】汽蚀；优化；双相不锈钢；叶轮0引言我们曾提供吉林某电厂用于循环水系统的SA型泵其中一台经常因汽蚀而使泵运行不稳定、振动、功耗大、噪音偏大。当泵无法正常运行时叶轮已汽蚀穿孔不可续用。1汽蚀破坏的原理及防止发生汽蚀的方法汽蚀是一种液体动力学现象发生的根本原因在于液体流动过程中出现了局部压力降形成了低压区当泵吸入口压力降低到该处相应温度下的饱和蒸汽压时液体发生沸腾气化使原来流动的液流中出现大量的气泡气泡中包含着输送液体的蒸汽及少量原来溶解于液体中而逸出的空气。当气泡随同液流从低压区流向高压区时气泡在周围高压液体的作用下迅速缩小凝结而急剧的崩溃。由于蒸汽凝结过程进行得非常迅速与突然结果在气泡消失的地方产生局部的真空周围压力转变的液流非常迅速的从四周向真空空间冲挤而来形成极大的冲击力。由于气泡的尺寸极微小所以这种冲击力集中作用在与气泡接触的零件微小表面上其压力可达数百个大气压以上水击频率高达25000次/s。因而使材料壁面上受到高频高压的重负载荷作用而逐渐产生疲劳破坏同时如果所产生的气泡中还夹杂有活泼气体（如氧气等）借助于气泡凝结时放出热量对金属起化学腐蚀作用致使金属表面出现麻点以导致穿孔严重时金属晶粒松动并剥落呈现出蜂巢状甚至把壁面蚀穿。这种气泡不断形成、生长和破裂崩溃以致材料受到破坏的过程总称为气蚀现象。新提出的提高抗气蚀性能的方法：1）采用长短叶片形式的叶轮2）叶轮出口宽度适当增加3）采用适当的叶片数量。2循环水泵优化方案2.1优化叶轮参数由于现场工艺条件限制电厂循环水系统SA泵进口管路连接复杂造成管路损失过大叶轮进口存在明显压降泵形成汽蚀。预不使泵气蚀必须增大有效汽蚀余量NPSHa或减小泵汽蚀余量NPSHr保证有效汽蚀余量大于泵汽蚀余量。但是有效汽蚀余量的大小与装置参数及液体性质有关而泵汽蚀余量与装置参数无关只与泵进口部分运动参数有关泵进口部分运动参数在一定转速和流量下是由泵的几何参数决定的也就是说泵汽蚀余量是由泵本身决定的。在进行了多方面比较权衡后确定了下列改造方案：保持原泵壳、底座、管路等工艺条件不变即不改变有效汽蚀余量而是按实际工艺流量重新设计叶轮通过改变叶轮参数减小泵汽蚀余量来提高泵的抗气蚀性能。2.2优化叶轮的制造工艺和叶片材料原叶轮采用了铸铁整体铸造的方式铸铁材料的晶粒结构不够致密σs、σb都不够高抗应力腐蚀能力不强在发生气蚀的情况下容易快速形成气蚀破坏铸造叶片没有较高的锻造比材料疏松晶粒粗大抗气蚀性能明显低于锻造叶轮。基于上述原因改变叶轮制造工艺及叶片材料来提高泵的抗气蚀性能。2.3优化措施泵汽蚀余量：NPSHr=（u02/2g）+（λω02/2g）式中：u0-叶片进口稍前的绝对速度ω0-叶片进口稍前的相对速度λ-叶片进口压降系数。要通过减小NPSHr值来提高泵本身的抗气蚀性能则必须通过减小u0、ω0、λ来实现在实际改造过程中通过改变叶轮进口直径Dj和改变叶片进口角β1来达到这个目的。2.3.1增大叶轮进口直径Dj设叶片进口圆周分速度Vu1=0由叶片进口稍前的速度三角形ω02=υ02+u02如增大叶轮进口直径Dj则圆周速度u0增大、υ0减小必存在一个Dj使二者平方和最小。由公式：υ0=4Qk2/（Dj2-dh2）πη2u0=Djπnk1/60式中：k1和k2-修正系数dh-叶轮轮毂直径。根据推导结果可设D02=Dj2-dh2D0称为叶轮进口折引直径当dh=0时D0=Dj。D0=k0（Q/n）1/3k0-设计取值系数n-转速（r/min）Q-流量（m3/s）对双吸泵取Q/2。显然增加k0可以减小υ0从而减小NPSHr改进泵的抗气蚀性能。但k0取的过大液流在进口处的扩散严重破坏了流动平顺和稳定性形成漩涡使水力效率下降。另一方面Dj增大口环内径变大口环的泄漏因泄漏过流面积增加而增大使泵的容积效率ηv下降。原则上k0一般按下述选取：要求有高抗气蚀性能的叶轮取K0=4.5-5.5要求兼顾抗气蚀性能和效率的叶轮取K0=4.0-4.5要求主要考虑提高效率的叶轮取K0=3.5-4.0在本次改造设计中我们取K0=5.5这是符合高抗汽蚀性能的叶轮。2.3.2改善吸入性能