泥浆泵叶轮磨损和对策措施

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1、泥浆泵叶轮磨损和对策措施　　【摘要】泥浆泵是水利疏浚工程中的常用设备,本文从泥浆泵叶轮磨损的情况出发,总结了泥浆泵的叶轮的磨损机理和磨损的影响因素,提出了相应的预防措施。【关键词】固液两相流泥浆泵磨损,措施1引言目前固液两相流泥浆泵广泛应用于水利疏浚工程。但是,在实际的应用过程中,由于水流中存在着大量的泥沙,泥浆泵的叶轮存在着严重的磨损,严重影响了泥浆泵的正常运行。因此,通过对泥浆泵叶轮的磨损机理和规律的分析,提出减缓泥浆泵叶轮磨损的方法和措施具有重要的实际意义。2泥浆泵内过流部件的磨损机理2.1泥浆泵叶轮的磨损情况泥浆泵叶轮是易磨损部件,而叶轮出口是其磨损最严重的位置之一,磨损

2、后呈锯齿状。从叶片的磨损形貌可以看出,叶片工作面的冲蚀磨损严重,从进口到出口,磨损从无到有,从大到小逐渐发展,并呈纵深方向发展,而叶片的背面磨损较小,主要存在浅层凹陷形貌。叶轮前后盖板磨损比较均匀,磨损较轻[1]。2.2泥浆泵磨损机理5由于泵内固液两相流动的复杂性导致泥浆泵内磨损也相当复杂。泥浆从进入叶轮至排出叶轮,其运动形式在不断的发生变化。在叶轮入口处,泥浆的流动方向由轴向转变为径向,因此只有较大的颗粒会撞击叶片的头部区域,故叶片的磨损在进口处较少。同时,泥浆在绕流叶片的过程中,由于受到叶片做功的不均匀,形成压力梯度,靠近叶片非工作面的边界层出口容易产生分离,出现脱流和回流现

3、象,导致泥浆分层,泥浆密相靠近叶片工作面,稀相靠近叶片背面,从而导致叶片工作面和叶轮出口的磨损加剧,而叶片背面磨损较小[2]。而当泥浆从叶轮进入盖板,由于惯性的作用,使得颗粒在近壁区聚集,造成盖板的磨损。2.3影响泥浆泵叶轮磨损的因素影响泥浆泵叶轮磨损的因素有很多,主要有以下几个方面:一是泥浆泵的过流条件:如泥浆的流动速度、固相颗粒浓度、固相颗粒的性质和液固两相流体之间的相互作用等。二是泥浆泵的结构设计:叶轮直径、宽度;叶片数量、进出口角等。三是泥浆泵过流元件的材料选择。2.4磨损对泥浆泵的影响5(1)磨损对泵的性能的影响:磨损使得叶轮的外径变短,叶轮内水力损失急剧上升,导致泵的

4、扬程下降;由于磨损造成泵的过流部件的配合间隙增大,流量和容积效率降低;磨损严重时会诱发汽蚀,而磨损和汽蚀的共同作用,使泵的磨损更加严重。(2)磨损使泵的运行环境恶化:磨损容易导致泥浆泵轴封失效,产生泄露,从而导致振动加剧。(3)磨损造成泥浆泵运行成本提高:磨损导致泥浆泵的过流元件的更换频率加快,维护和检修工作加重,导致运行成本大大增加。3防止泥浆泵叶轮磨损的基本措施泥浆泵叶轮的磨损直接影响了泵的工作效率,使用寿命和运行成本。因此,在设计和制造泥浆泵的过程中,降低磨损是人们所关注的重要特性指标之一。防止泥浆泵的磨损是一个综合性的问题,从泥浆泵的设计制造、选型、系统配置等各方面都要加

5、以注意。3.1通过改变水力设计提高泥浆泵的抗磨措施(1)选用闭式叶轮。由于磨损导致叶轮与盖板之间的间隙增大对闭式叶轮的扬程、容积和流量等水力性能影响较小。(2)合理设计叶轮的几何尺寸与形状,由流场分析可知,采用适当的叶片出口角β2、少叶片数Z和大出口宽度b2的叶轮能减轻泵的磨损[3]。1)由试验可知,当泥浆泵采用的叶片出口角β2=15°～25°时可得到较高的扬程和稳定性,并可减少颗粒碰撞叶片工作面。同时合理的β2对减少压出室水力损失和压出室的磨损均是有利的[4]。2)泥浆泵大都采用较少5的叶片以减少磨损,一般Z=4～7。3)增大的叶片出口宽度b2,不仅降低了叶轮出口处的相对速度,

6、减小叶轮磨损,防止堵塞,而且减小了离心泵叶轮出口处的射流和尾流效应,均匀了出口流速分布。叶片最佳宽度可以通过设计求得。4)叶片的形状设计为进口处扭曲,出口处为圆柱形的叶片有利于叶片制造。(3)比转数的选择比转数对泵的磨损有重要的影响。有些研究表明[5],泥浆泵的磨损与转速n成5次方关系。国内外有关研究资料推荐使用“磨损相似系数”来指导转速的选择[6]。(4)增加导轮。试验表明,在叶轮入口处安装导轮,能够偏聚固体颗粒,降低对叶轮工作面的磨损,导轮结构参数根据不同的叶轮结构和运行工况需优化设计[7]。总之,泥浆泵的水利设计在提高抗磨性能的同时要兼顾水力性能,提高泵的整体性能。3.2运

7、行中的抗磨损措施(1)根据运行参数选择合适的泥浆泵型号,泵的型号选择要遵循大材小用的原则,在运行过程中可以降低泵的转速,从而减轻泵的磨损。(2)泵与管路系统的匹配,根据管路系统的压力合理选择泥浆泵的型号,使得泵的扬程与管路扬程相匹配。避免低扬程造成流速增大,过流部件磨损。3.3抗磨材质的应用(1)采用高铬铸铁对泥浆泵泵体和叶轮整体铸造提高耐磨性能。(2)采用耐磨硬质合金涂层。4结语5由于影响泥浆泵叶轮磨损的因素很多,而将CFD技术和传统的试验方法相结合,对液固两相泥浆泵内流场磨损