?解決脫氨塔底循環(huán)泵汽蝕問題的改進設計
2020-05-200
汽蝕余量NPSHa不足2 m(管路損失很小)。其工藝 流程如圖1所示：需求流量4.4 m3/h,揚程50 m。 泵的最優(yōu)工況點為10.5 m%，此時泵的汽蝕余量 為 1.2 m〇
該泵運轉(zhuǎn)時，泵幾乎沒有流量，需往泵體上持 續(xù)不斷澆常溫水降溫，泵才可以勉強運行，最大流 量只能達到2 m3/h，且伴有明顯的噼里啪啦的噪 聲，開啟出口閥門后，揚程急劇下降。只有用兩臺 泵同時并聯(lián)運行且不斷澆冷卻水才可勉強達到工藝 需求。
低。在旋轉(zhuǎn)葉輪的流道中，流體流速分布并不均 勻，在阻力小、壓力低的區(qū)域流速要高一些。從葉 輪軸面圖上看，靠近葉輪輪轂附近流速高，靠近葉 輪吸人口葉片外緣流速低，如圖2所示。
1存在問題分析
從泵的表觀特征和故障分析來看，泵在小流量 工況下運行時發(fā)生了明顯的汽蝕和液體汽化現(xiàn)象， 而且伴有氨氣溢出。
1.1入口回流對汽蝕的影響
當流量減小時，葉輪吸人口流道中液體速度降
從圖3可以看出，從葉輪吸入口開始到葉輪出 口位置，流道的過流面積在進入葉片后呈現(xiàn)出較為 劇烈的變化；通過計算葉輪吸人口過流面積和計及 葉輪出口寬度的外緣出口面積，該栗在4.4 m3/h甚 至更小流量運轉(zhuǎn)時極有可能出現(xiàn)回流。但在額定流 量或大流量運轉(zhuǎn)時，葉片以及蓋板對流體的約束能 力較強，產(chǎn)生脫流或者回流的風險很小。
按速度三角形分析，在葉片進口流量減小時， 葉輪吸人口絕對速度減小，相對速度的人射角將增 大，使流動阻力增大，且流動阻力正比于相對速度 的平方。當流量進一步減小時，上述趨勢增大，相 對較多的液體從輪轂側(cè)流人葉輪流道，進口速度重 新分布。這時，在葉片進口，液體產(chǎn)生負的周向分 速度。流量再減小時，進人葉輪的流速分布開始變 得不均勻，并在靠近葉輪進口外緣部位產(chǎn)生周向分 速度。當流量低于發(fā)生回流的臨界流量時，由于進 口軸面速度重新分布，周向分速度的數(shù)值和范圍都 增大，在葉片進口靠近葉片外緣處，形成穩(wěn)定回 流；但是靠近輪轂的流道幾乎不受影響，液流仍保 持原有的軸面流速分布。按照伯努利方程，在此區(qū) 域產(chǎn)生的回流使得這一區(qū)域的速度場發(fā)生顯著改 變，從而導致壓力降低，液體開始汽化，汽蝕發(fā) 生，如圖4所示。
因此，通過分析可知，該滎因回流的影響，汽 蝕曲線呈現(xiàn)出“兩頭翹”的現(xiàn)象，即小流量點和大 流量點泵的汽蝕余量都較中間流量點高，這也是泵 在小流量點發(fā)生汽蝕的主要原因。
1.2攪拌熱的影響
介質(zhì)的飽和蒸汽壓隨著溫度的升高而提高，原 設計葉輪開口寬度為9 mm,按照速度系數(shù)法計算
其開口寬度只要4 mm就可滿足設計要求。泵在小 流量點運行時，介質(zhì)經(jīng)葉輪做功后無法及時排出， 在泵體內(nèi)部反復循環(huán)，流體質(zhì)點的摩擦使得介質(zhì)溫 度不斷升高，導致介質(zhì)飽和蒸汽壓升高，這相當于 變相降低了泵的裝置汽蝕余量，泵繼而發(fā)生汽蝕。 還需要特別指出的是：介質(zhì)溫度的升高還導致溶解 在水中的氨氣快速溢出，溢出的氨氣占據(jù)了流道空 間，導致汽蝕進一步惡化。一般情況下，溶解氨變 成氣態(tài)氨時其體積會急劇增大到原來的近700倍, 溢出的氨氣也加劇了汽蝕的發(fā)生。
1.3性能曲線
泵本身揚程不足或者性能曲線上揚程隨流量下 降較快導致泵出口壓力無法克服容器背壓，這也是 泵只能開到2 mVh而流量無法繼續(xù)增大的原因。
2設計改進
1)從圖5中可以看出，在葉輪進口處面積突然 增大，采用這種設計結(jié)構(gòu)在泵的額定流量或者大流量點運行時可以起到減小汽蝕余量的作用，但是一 旦泵在小流量下運行，勢必導致泵提前發(fā)生回流。 因此在設計時將吸入口面積由原來的1755 mm2減小 為906 _2,雖然面積減小可能使泵在額定點的汽 蝕余量有所增加，但是消除了泵在小流量的回流。
2) 原設計葉輪進口較大，滎體喉部面積也較 大，在設計新葉輪時將栗的出口寬度由9 mm縮減 為4 mm。采用焊接葉輪方法，使栗的最優(yōu)工況點 位于工作點附近，避免了回流攪拌熱的產(chǎn)生。
3) 為了使栗獲得更好的汽蝕余量，在葉輪吸 人口設計了一個輪緣厚度為1.5 mm的焊接式等螺 距誘導輪，可以提高該泵的汽蝕比轉(zhuǎn)速，增強泵的 抗汽蝕能力。
4) 將葉輪葉片由3片增加到5片，葉片出口 安放角由15°增加到30°，這樣做的目的是通過增 加葉片數(shù)和增大出口安放角獲得較為平緩的性能曲 線，在流量變化時揚程變化不致過于劇烈。
5)增大葉輪外徑，將揚程提高到58 m，克服 系統(tǒng)背壓。
3結(jié)語
該泵試驗結(jié)果為：
。=4.4 m3/h 時，NPSHfO.92 m 0=2m3/h 時，NPSHFl.04m 該泵在用戶現(xiàn)場已連續(xù)穩(wěn)定運行半年，性能參 數(shù)完全符合設計要求。