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技術(shù)文章/Technical articles
輸送含有微量懸浮顆粒液體的離心泵結(jié)構(gòu)選型
2020-09-28 08:19:50力士霸泵業(yè)

離心泵作為一種通用機(jī)械,在航天航空、石油化工以及農(nóng)業(yè)排灌等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,對(duì)于各種生產(chǎn)裝置的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。由于懸浮顆粒物的磨蝕造成離心泵失效廣泛存在于各種工程實(shí)踐中,Roco M C 分析顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律后得出過流部件的磨損原因?yàn)轭w粒的直接沖擊、紊亂沖擊和滑動(dòng)摩擦。


趙以奎通過數(shù)值模擬分析得出隨著顆粒直徑的不斷增大,固體顆粒呈現(xiàn)向葉輪工作面偏移的趨勢(shì),由此造成葉輪工作面的切削磨損;固相體積濃度的增加對(duì)顆粒在葉輪流道內(nèi)的分布略有影響;葉輪的磨損主要發(fā)生在葉輪進(jìn)口處和葉輪的出口段。


劉娟通過高速影像技術(shù)研究得出大質(zhì)量的顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡包角大,軌跡偏向葉片工作面,對(duì)葉片工作面的撞擊幾率大,撞擊的區(qū)域集中在葉片頭部和工作面的中前部;小質(zhì)量顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡向葉片工作面方向的偏轉(zhuǎn)較小,與葉片工作面的撞擊幾率較小,且撞擊區(qū)域集中在葉片的頭部和出水邊。


楊敏官通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)葉輪流道中間軸截面上,在葉輪進(jìn)口處多為小粒徑顆粒,分布較均勻;沿徑向,逐漸有大粒徑顆粒,且大部分位于壓力面及附近,吸力面及其附近區(qū)域多為小粒徑顆粒,至出口處大粒徑顆粒分布趨于均勻。由此可見,輸送含有微量懸浮顆粒液體時(shí)的磨損破壞不容小視,在前期離心泵選型過程中就應(yīng)考慮該因素,以確定合適的泵型。


失效案例分析


案例背景


下圖為某15 萬t 精制鹽水項(xiàng)目供貨一批鈦材離心泵,其裝置中膜過濾循環(huán)泵工藝參數(shù)具體如表1 所示,前期初步選型為單級(jí)閉式葉輪型離心泵,采用常規(guī)背靠背式雙端面非集裝式機(jī)械密封,其結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1 所示。



該泵在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行約4 個(gè)月后,現(xiàn)場(chǎng)性能無法滿足,對(duì)泵進(jìn)行解體,拆檢后發(fā)現(xiàn)泵體、葉輪以及泵蓋有不同程度的磨損。泵體磨損部位主要為與葉輪口環(huán)配合處,形成約5mm深的凹形槽,葉輪與泵體形成的前泵腔處也產(chǎn)生輕微磨損,如圖2 所示;葉輪葉片進(jìn)口基本完好,葉片出口工作面有輕微磨損,如圖3 所示,葉輪口環(huán)處磨損嚴(yán)重,形成約為2mm 深的凹形槽,如圖4 所示;泵蓋與葉輪形成的空腔內(nèi)有明顯沖刷痕跡,如圖5 所示;機(jī)械密封及軸套磨損,腔體內(nèi)堆積大量結(jié)晶物,彈簧元件被結(jié)晶物卡死致使機(jī)封失效。


原因分析


前期選型泵為閉式葉輪,葉輪前后蓋板與泵體、泵蓋形成的腔體,介質(zhì)顆粒物于前泵腔A 處堆積,形成“砂輪磨損”效應(yīng),致使泵體口環(huán)處及泵體前腔壁磨損;介質(zhì)通過葉輪平衡孔進(jìn)入后泵腔在B 處堆積,同樣致使泵蓋產(chǎn)生磨損。原機(jī)械密封采用雙端面多彈簧結(jié)構(gòu)的非平衡型機(jī)封,介質(zhì)可以通過機(jī)封腔進(jìn)入彈簧元件,致使其卡頓失效。



改進(jìn)方案


針對(duì)以上問題及原因分析,對(duì)現(xiàn)泵型結(jié)構(gòu)進(jìn)行改型,改型后結(jié)構(gòu)剖面圖如圖6 所示,具體分析如下:

1. 泵體前泵腔增加前耐磨板;

2. 葉輪更換為半開式葉輪,取消葉輪前蓋板,控制葉輪與前耐磨板之間間隙≤ 1mm,避免懸浮顆粒的堆積,使懸浮顆粒的流動(dòng)性更好;

3. 取消平衡孔,葉輪后蓋板增設(shè)背葉片,以平衡軸向力;懸浮顆粒在背葉片離心力的作用下不易進(jìn)入密封腔,達(dá)到防止固體顆粒在密封腔沉積的目的。

4. 葉輪與泵蓋間增設(shè)后耐磨板,控制葉輪與后耐磨板之間間隙≤ 1mm,避免懸浮顆粒進(jìn)入后泵腔;

5. 泵蓋整改為大錐腔結(jié)構(gòu),腔壁設(shè)計(jì)成條形導(dǎo)流槽結(jié)構(gòu),防止顆粒在密封腔堆積,且有利于停車后介質(zhì)從機(jī)封腔排走;

6. 機(jī)械密封采用我公司獨(dú)特設(shè)計(jì)的彈簧元件外置式集裝式雙端面機(jī)械密封,彈簧固定在彈簧座上不轉(zhuǎn)動(dòng),補(bǔ)償性好;其彈簧不會(huì)與介質(zhì)接觸,不會(huì)發(fā)生像一般機(jī)封因彈簧腐蝕,結(jié)晶物卡頓使彈簧失效等問題;其密封面液膜的形成靠API682 中PLAN 54外沖洗的沖洗液, 減少密封面磨損。


離心泵選型注意事項(xiàng)


化工離心泵的選型是至關(guān)重要的一項(xiàng)工作,在選型前期,首先要明確最基本的選型條件,現(xiàn)對(duì)選型過程中,介質(zhì)的物化特性及現(xiàn)場(chǎng)工況參數(shù)的注意事項(xiàng)作一說明:


輸送介質(zhì)的物理化學(xué)特性輸送介質(zhì)的物化特性直接影響著泵的性能、材料及結(jié)構(gòu),是選型時(shí)需要考慮的首要因素。如介質(zhì)特性(腐蝕性、磨蝕性以及有毒性等)、含固量及顆粒的大小以及介質(zhì)密度及粘度等。當(dāng)介質(zhì)中含固量較大時(shí),應(yīng)考慮泵型是否滿足工況要求,含固量過大,應(yīng)選取渣漿泵或旋流泵;當(dāng)介質(zhì)粘度過大時(shí),應(yīng)對(duì)性能參數(shù)進(jìn)行換算,因?yàn)閷?duì)于葉片泵而言,隨著介質(zhì)粘度增大,其流量、揚(yáng)程下降,所耗功率增加;對(duì)容積泵而言,隨著介質(zhì)粘度增大,一般泄漏量下降,容積效率增加,泵的流量增加,但其總效率下降,泵的功耗增加。


工況參數(shù)


現(xiàn)場(chǎng)工況參數(shù)是泵選型的最重要的依據(jù),最基本參數(shù)有流量、揚(yáng)程、進(jìn)/ 出口壓力、溫度及現(xiàn)場(chǎng)裝置汽蝕余量和操作狀態(tài)等。其中流量在選型過程中要按額定流量考慮,操作溫度按最大溫度考慮,尤其注意溫度對(duì)介質(zhì)特性的影響,工藝操作有可能導(dǎo)致介質(zhì)溫度發(fā)生變化,溫度是影響介質(zhì)粘度和汽化壓力的重要因素。


結(jié)論


1. 輸送含有微量懸浮固體顆粒時(shí),葉輪的磨損主要表現(xiàn)在出口段的工作面。

2. 開式葉輪可以有效地避免泵體與葉輪配合處產(chǎn)生“砂輪效應(yīng)”。

3. 當(dāng)輸送介質(zhì)中含有固體顆?;蛞捉Y(jié)晶物時(shí),離心泵軸向力的平衡方式不宜采用平衡孔,可采用背葉片形式,以防止顆粒物通過平衡孔進(jìn)入后泵腔造成泵蓋磨損。

4. 錐形密封腔有助于防止顆粒在摩擦副堆積,且有利于停車后介質(zhì)從機(jī)封腔排走。解決在惡劣工礦條件下(含微量固體顆粒、介質(zhì)易結(jié)晶和溫度高)機(jī)封使用壽命短的問題。

摘自:泵友圈

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