渣浆泵的过流件是在强磨蚀状态下工作的。通过对我厂近几年来渣浆泵的损坏部件检查和分析,发现因正常磨损而报废的部件所占比例不足40%,而大部分部件是在非正常工况下运行造成早期破坏,且寿命相差甚大。进一步分析发现,在非正常损坏部件中,以汽蚀形式破坏占相当大的比例。然而,输送磨蚀性浆体所用渣浆泵大多在倒灌状态下工作,泵的汽蚀性能满足要求。
1 汽蚀的破坏机理
汽蚀是流动的液体产生汽泡并发生破裂的过程。汽蚀破坏除有机械力作用外,还伴有电解、化学腐蚀等作用,从而造成过流件的早期破坏。汽蚀产生的原因有多方面,通常引入汽蚀余量来描述汽蚀发生的界限,其方程式为:
NPSHa=PC/ρg-hg-(λL/D+Σξ)V2/2g-PV/ρg
式中 PC——吸入液面的压力;
ρ——输送介质的密度;
g——重力加速度;
hg——吸入高度;
λ——吸入管的阻力系数;
L——吸入管长度;
D——吸入管内径;
Σξ——局部阻力系数之和;
V——管内流体流速;
PV——汽化压力。
由上式可知,决定装置内汽蚀余量的参数较多,其中影响因素的有以下几项:
(1)hg,一定要注意限制。
(2)V,管内流速与流量成正比,相同流量下
与管道的截面积成反比,说明泵在偏大流量下运行很容易发生汽蚀,因此吸入管直径需适当加粗。
(3)ρ,输送介质密度大,吸入性差。
(4)L,吸入管的长度越长,管路阻力越大,在
允许的情况下,应尽量缩短吸入管的长度。由上式算出的装置汽蚀余量值,若小于或等于所用泵该工作点下的汽蚀余量,就会产生汽蚀。间隙汽蚀产生的原因是:高低压差作用在小间隙部位,可使流体产生局部的、非常高速的射流,在这种情况下,虽然泵满足汽蚀余量的要求,但在高速流动力下,会形成真空汽泡,并在间隙下游的较低流速区域发生破裂而形成间隙汽蚀。这种汽蚀一般表现在高扬程泵蜗壳隔舌处,叶轮前护板与吸入侧的间隙内、叶轮后护板与叶轮的间隙内,尤其是在小流量工况下更为严重。
2 气蚀的破坏机理
气蚀破坏机理,一是存在着象真空汽蚀破坏一样内向爆破;二是存在着浆体中颗粒介质气液分离后的加速冲击作用,由于这类气泡比浆体质量轻,极易被旋转的叶轮赶到蜗壳和前后护板壁面上、护板蜗壳的结合缝隙内破裂,破裂后的液体迅速补充空穴,加速撞击壁面,这种频繁的撞击会造成材料疲劳剥落,剥落后的凹坑更易存留气泡,还会形成涡流,加速壁面磨损。此类破坏形式属于气蚀加高速旋流综合性破坏,过流件损坏很快,破坏后的外观如大的蜂窝状。需要提及的是:气体气蚀与抽空是两个不同的概念,抽空形成是气液分离,气体气蚀则是气液溶解随后破裂所致。
3 防止汽蚀破坏的措施
输送磨蚀性颗粒介质的渣浆泵,在电力、冶金等行业,大多采用倒灌吸入方式,因而真空汽蚀现象较少,而气体气蚀却广泛存在。从上述分析可知:气体气蚀产生的原因是由于液体中混合了气泡,因此防止气蚀的主要措施是尽量设法避免气泡进入泵内。
液体中混合气泡的形成原因:
(1)除渣时渣块孔隙内往往隐藏气泡,极易混入液体内,并随液体流入泵内。
(2)液体进入灰池或料池时的水力冲击,会造成液体翻滚裹入气泡。
(3)因倒灌,液面水位太低、吸入灰池体积太小或吸入口位置不合理等原因,造成吸入口形成漩涡并带进气体。
(4)吸入管路装置或泵的轴封填料部位密封不严,造成空气进入。
(5)加入发泡剂或特种添加剂后产生的气泡。针对上述气泡产生的原因,采取有效的解决方法,便可以减少或避免气体气蚀。
4 实例分析
100ZGB-500A型渣浆泵。使用条件为灰渣混除。吸入方式为倒灌。泵的设计使用寿命为3 500 h,但实际作用结果仅达到2 900 h。检查过流部件的损坏情况发现:
(1)前护板吸入口与护板结合处沿圆周方向以滴融怪石状破坏,损坏2件
(2)蜗壳出现密集不规则、大小不一的倾斜坑;
(3)后护板由内向外破坏,逐渐严重但未穿透;
(4)叶轮主叶片后背叶面有一定损坏,而前背叶面损坏严重;
(5)副叶轮没有任何损坏。
通过对过流部件的仔细分析,认为是空气气蚀造成早期损坏。
据调查:吸入口短节与前护板结合面处的胶垫损坏,此处可由泄漏和进气现象判定。
经查看:泵的管路吸入口设在灰浆池的边角处,水位一低就形成漩涡,裹入气泡进入泵内。现工作人员反映:管路吸入口不在灰浆池边角处的灰浆泵,其使用寿命远高于该泵。
解决办法:将泵吸入管的吸入口延长到灰浆池的中部,以避免沿灰浆池边角处形成涡流带进气体。另外,在吸入短节与前护板间加厚胶垫。采取上述措施后,在使用条件不变的情况下,第2次泵的过流件寿命达到了4 660 h。