浅析矿用离心式水泵的汽蚀本科论文.doc

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1、毕业小专题姓名：年级：2008级学校：山东科技大学浅析矿用离心式水泵的汽蚀（中国冶金地质总局山东正元地质勘查院，济南250101）摘要：排水设备作为煤矿四大固定机械设备之一，承担着排除涌水、预防水灾、保障安全的重要任务。离心式水泵在运行过程中发生汽蚀是一种常见的故障现象。汽蚀的发生,会造成水泵扬程、流量及效率的显著下降,同时还会产生噪音和振动。汽蚀严重时导致水泵吸不上水而断流,过大的水锤压力甚至会损坏水泵的过流部件。本文通过分析汽蚀产生的原因及危害,探讨如何增强水泵的抗汽蚀性能,避免汽蚀现象的产生,以提高水泵的运行效率,延长

2、水泵的使用寿命。1引言9伴随着国民经济的快速发展，我国的能源需求总量正呈迅猛增长之势。由缺油、少气、富煤条件决定的“以煤为主”的我国能源消费格局，在新的替代能源大规模工业化开发利用期到来之前，仍将在较长时间内继续维持。因此，煤炭的安全生产和良性供应具有十分重要的战略意义，而由煤炭储藏的隐蔽性决定的生产过程的特殊性、复杂性和危险性，更使其成为世人关注的焦点、重点。为确保煤矿的安全生产，消灭其五大灾害之一得水灾，及时排除涌入矿井工作面和巷道的矿水-自然涌水和开采工程涌水，其主体承担设备-水泵，地位重要，影响巨大，既肩负维护矿井安

3、全的重任，又影响着矿井的生产效益，并服务于矿井的整个生产周期。为此，必须作好及时发现安全隐患，排除工作故障，维护稳定经济运行的工作。除极少数露天及斜井开拓的矿井外，矿井主排水泵均为离心式水泵，且以卧式泵为主。此类水泵工作过程中，常见却难以采用单一方法和措施排除的故障-汽蚀，对其正常运行影响最大。2离心式水泵汽蚀的机理为保证矿井的安全，其主排水系统的水泵绝大多数采用负压吸水方式。其布置方案见图1，当离心式水泵吸水口侧压力等于或低于其工作水温下的饱和蒸汽压Pb，即Px≤Pb时，部分矿水即汽化形成气泡，混入高速水流；裹挟着气泡的水

4、流在进水口负压的作用下进入首级叶轮，之后再叶轮的动力作用下压力逐渐升高，当压力大于饱和蒸汽压时，蒸汽的凝结将造成气泡破灭，致使叶轮内流道高速水流中产生压力空穴；周围高速水流的快速补充引发的压力冲击，对叶轮内流道形成高频压力冲击，最终导致其表面疲劳剥落，进而在氧气和其它有害物质的作用下，发生电化学腐蚀，形成蜂窝状空洞，即汽蚀。91.真空表；2.压力表3.水泵图1矿用离心式水泵吸水管路安装示意图3汽蚀的征兆由前述分析可知，汽蚀产生的基本条件为Px≤Pb，即实际水泵的吸水侧真空度Pz=Pa-P1大于了汽蚀允许真空度Ps。基本过程为

5、：饱和状态下矿水汽化形成气泡阻塞流道，干扰正常流动，造成水泵出口压力出口压力下降、流量下降；同时高压区气泡破裂引发噪声和振动。其宏观特征表现为：（1）进水口侧真空表1指数上升，超过正常允许值。（2）出水口侧压力表2指数下降，低于正常工作范围（3）泵体振动，伴随非正常噪音（4）水泵流量减小，甚至断流。94.影响矿用离心式水泵汽蚀的因素4.1矿井吸水管路特性方程参加图1，列吸水井水平0-0与水泵吸水口侧断面a-a间的能量方程有：整理后：令将代入上式，得：矿井吸水管路特性方程：（1）其中：（2）式中：-水泵吸水管路实际吸水真空高度

6、，m；Hx-水泵安装高度，m；Px水泵吸水口侧绝对压力，Pa；-水泵吸水口侧流速度，m/s;dx-吸水管直径，m；Lx-吸水管长度，m；λx-吸水管路沿程阻力损失系数；9ξx-吸水管局部阻力损失系数；-吸水管段流动阻力损失，m；α-管内水流动能修正系数，取α=1.0；Rx-水泵吸水管段流动阻力损失系数，。4.2临界汽蚀点与汽蚀安全区的确定将吸水管路特性方程转化为特性曲线，绘制在离心式水泵特性曲线图上，其与水泵特性曲线图中Hs-Q曲线的交点C，即为临界汽蚀点。如图2所示：当Qm＜Qc时，Hs＞Hs＇安全区；Qm＞Qc时，Hs＜

7、Hs＇汽蚀区；图中Hs为离心式水泵允许吸上真空高度。4.3影响矿用离心式水泵汽蚀的因素（1）吸水管道及水泵吸水侧流动阻力损失的影响参见公式（2），吸水管直径dx选择偏小或使用期间挂垢，都将造成吸水管有效通流面积减小，吸水管路流动速度加大，流动阻力增大，最终致使水泵吸水管段流动阻力损失系数Rx变大，吸水管路特性曲线变陡，由1至3，临界汽蚀点C左移至C´，Qm＞Qc，汽蚀出现。参见图2。（2）离心式水泵吸水高度Hx影响参见图2，当吸水高度由Hx降低为Hx´时，吸水管路特性曲线将由3移至2，临界汽蚀点C´随之右移至C，退出汽蚀区，

8、转为安全状态。91.正常状态下水泵吸水管路特性曲线图；2.降低吸水扬程状态下水泵吸水管路特性曲线图；3.挂垢状态下水泵吸水吸水管路特性曲线图；4.正常状态下水泵排水管路特性曲线图；5.闸门节流调节状态下水泵吸水管路特性曲线图图2离心式水泵汽蚀性能分析图（3）排水管道特性的影响当采用闸门节流