離心泵葉輪抗汽蝕優(yōu)化設(shè)計(jì)
1、前言
某乙烯公司循環(huán)水系統(tǒng)共有17臺(tái)32SA-10C型單級(jí)雙吸式離心水泵。96年開(kāi)工以來(lái)該泵經(jīng)常由于汽蝕，造成泵運(yùn)行不平穩(wěn)、振動(dòng)、噪音偏大。更嚴(yán)重的是葉片發(fā)生汽蝕破壞時(shí)，泵無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。
2、該離心水泵原始參數(shù)
2.1、32SA-10C 循環(huán)水泵的主要參數(shù)
（1）流量：5040m3/h； （2）轉(zhuǎn)速：730rpm；（3）溫度：40℃； （4）介質(zhì)：循環(huán)水；
2.2、32SA-10C 循環(huán)水泵的使用情況
泵葉輪采用HT200 灰口鑄鐵制造，正常使用時(shí)，運(yùn)行不平穩(wěn)，振動(dòng)大，噪音大，運(yùn)行半年，葉輪由入口邊至葉片全長(zhǎng)的三分之一處，汽蝕而全部穿孔，最大孔徑為ф40mm，這時(shí)不得不停機(jī)更換新葉輪。
3、離心泵葉輪優(yōu)化措施
3.1、離心泵汽蝕破壞的原理
汽蝕是一種液體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，發(fā)生的根本原因在于液體在流動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)了局部壓力降，形成了低壓區(qū)。當(dāng)泵吸入口壓力降低到該處相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，液體發(fā)生沸騰汽化，使原來(lái)流動(dòng)的液流中出現(xiàn)大量氣泡，氣泡中包含著輸送液體的蒸汽及少量原來(lái)溶解于液體中而逸出的空氣。當(dāng)氣泡隨同液流從低壓區(qū)流向高壓區(qū)時(shí)，氣泡在周?chē)邏阂后w的作用下，迅速縮小凝結(jié)而急劇地崩潰。由于蒸汽凝結(jié)過(guò)程進(jìn)行得非常迅速與突然，結(jié)果在氣泡消失的地方產(chǎn)生局部的真空，周?chē)鷫毫D(zhuǎn)變的液流非常迅速地從四周向真空空間沖擠而來(lái)，產(chǎn)生劇烈的水擊，形成極大的沖擊力。由于氣泡的尺寸極微小，所以這種沖擊力集中作用在與氣泡接觸的零件微小表面上，其壓力可達(dá)數(shù)百個(gè)大氣壓以上，水擊頻率高達(dá)25000次/s。因而使材料壁面上受到高頻高壓力的重復(fù)載荷作用而逐漸產(chǎn)生疲勞破壞；同時(shí)，如果所產(chǎn)生的氣泡中還夾雜有活潑氣體（如氧氣等），借助于氣泡凝結(jié)時(shí)放出熱量對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用，致使金屬表面出現(xiàn)麻點(diǎn)以導(dǎo)致穿孔，嚴(yán)重時(shí)金屬晶粒松動(dòng)并剝落呈現(xiàn)出蜂巢狀甚至把壁面蝕穿。這種氣泡不斷形成，生長(zhǎng)和破裂崩潰，以致材料受到破壞的過(guò)程，總稱為汽蝕現(xiàn)象。
3.2、循環(huán)水泵優(yōu)化方案
3.2.1、優(yōu)化葉輪參數(shù)
由于現(xiàn)場(chǎng)工藝條件限制，乙烯公司循環(huán)水系統(tǒng)32SA-10C 泵進(jìn)口管路比較復(fù)雜，造成管路損失過(guò)大，葉輪進(jìn)口存在明顯壓降，泵形成汽蝕。欲不使泵汽蝕，必須增大有效汽蝕余量NPSHa 或減小泵汽蝕余量NPSHr，保證有效汽蝕余量NPSHa 大于泵汽蝕余量NPSHr。但是有效汽蝕余量NPSHa 的大小與裝置參數(shù)及液體性質(zhì)有關(guān)，而泵汽蝕余量NPSHr 與裝置參數(shù)無(wú)關(guān)，只與泵進(jìn)口部分運(yùn)動(dòng)參數(shù)有關(guān)，泵進(jìn)口部分運(yùn)動(dòng)參數(shù)在一定轉(zhuǎn)速和流量下是由泵的幾何參數(shù)決定的，也就是說(shuō)，泵汽蝕余量NPSHr 是由泵本身決定的。在進(jìn)行了多方面比較權(quán)衡后，確定了下列改造方案：保持原泵殼、底座、管路等工藝條件不變，即不改變有效汽蝕余量NPSHa，而是按實(shí)際工藝流量重新設(shè)計(jì)葉輪，通過(guò)改變?nèi)~輪參數(shù)減小泵汽蝕余量NPSHr，來(lái)提高泵的抗汽蝕性能。
3.2.2、優(yōu)化葉輪的制造工藝和葉片材料
原葉輪采用了鑄鐵整體鑄造的方式，鑄鐵材料的晶粒結(jié)構(gòu)不夠致密，σs，σb都不夠高，抗應(yīng)力腐蝕能力不強(qiáng)，在發(fā)生汽蝕的情況下，容易快速形成汽蝕破壞；鑄造葉片沒(méi)有較高的鍛造比，材料疏松，晶粒粗大，抗汽蝕性能明顯低于鍛造葉輪�；谏鲜鲈�，改變?nèi)~輪制造工藝及葉片材料，來(lái)提高泵的抗汽蝕性能。
3.3、優(yōu)化措施
泵汽蝕余量：
式中：v0—葉片進(jìn)口稍前的絕對(duì)速度；w0—葉片進(jìn)口稍前的相對(duì)速度；λ—葉片口壓降系數(shù)。
要通過(guò)減小NPSHr 值來(lái)提高泵本身的抗汽蝕性能，則必須通過(guò)減小v0、w0、λ 來(lái)實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際改造過(guò)程中，通過(guò)改變?nèi)~輪進(jìn)口直徑Dj和改變?nèi)~片進(jìn)口角β1來(lái)達(dá)到這一目的。
3.3.1、增大葉輪進(jìn)口直徑DJ
設(shè)葉片進(jìn)口圓周分速度VUI=0，由葉片進(jìn)口稍前的速度三角形w02=v02+u02 ，有增大葉輪進(jìn)口直徑DJ，則圓周速度u0增大、V0減小，必存在一個(gè)DJ使二者平方和最小�，F(xiàn)利用求導(dǎo)數(shù)方法求Dj：
