大型立式抗磨蚀单级离心泵的设计浅析.pdf

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1、大型立式抗磨蚀单级离心泵的设计浅析上海连成(集团)有限公司(201812)马志军田纯堂【摘要】介绍一种大型立式抗磨蚀单级离心泵设计的经验浅析，该泵用于引黄灌溉项目，输送含有大量泥沙颗粒的黄河水。对泵的使用可靠性要求高，基于固液流体的设计理论，从泵设计、材料选择、流道表面处理等方面介绍泵的优化设计。【关键词】泵抗磨蚀可靠性寿命设计一、前言近年来，引黄灌溉项目备受瞩目。由于黄河水中含有大量的泥沙，沙粒粗且硬度高，另外在灌溉高峰时泵的输水量大且时间长，从而对泵的耐磨性及可靠性要求就比较高。由于早期泵技术相对落后，材料及工艺水平又

2、差，加上泵厂家生产加工能力及现场安装能力不够等各种因素，从而导致泵耐磨能力差、振动大、轴承损坏频繁、橡胶轴承易发热以及维修率高等问题及不足。大型立式抗磨蚀单级离心泵用于引黄灌溉项目，输送含大量泥沙的黄河水。水质为弱碱性，pH值为8。泥沙多为石英、长石，质地坚硬呈棱角状，含沙量为10％目p每立方米浑水中含沙量为108kg。对黄河流域的一些泵站勘察得知：1)水泵叶轮是磨损最严重的部件，磨损破坏后的叶轮外径变小，出口端盖板变薄；叶片工作面与后盖板相交处有很深的蜂窝坑，凹坑在叶片工作面的不同位置，凹凸不平，叶轮从进口到出口的凹坑变

3、深，甚至有的叶片或盖板被磨穿。2)泵运行振动大，轴承损坏频繁，导致泵使用寿命短，难维护。针对以上问题，研究了固液两相流对泵破坏原理，从泵水力设计、结构设计、材质选用及表面涂层等方面做重点考虑。68{然嚣然：嘶年靴期二、泵水力设计大型立式抗磨蚀离心泵输送黄河水介质时，其运转性能与输送清水相比流量、扬程、效率及汽蚀余量会下降，尤其在颗粒浓度较大时，性能下降得更厉害。因此，在设计此类泵时，依据黄河水含泥沙量的程度，将设计开发过程和研究经验予以分享。1．泵叶轮设计深入研究了固体液体两相混合流对泵的磨损破坏和汽蚀破坏原理，若仅从选用

4、耐磨材料和耐磨保护层虽然起到了一定的抗磨蚀作用，但终究治标不治本，因此应考虑从水力设计的角度解决磨蚀问题。现在通用的水力设计方法分4类：经验统计速度系数法、两相畸变速度设计法、速度比设计法以及两相流流场分析设计法。据客户要求额定流量Q=15000m3／h，额定扬程H=58m，配套电动机功率为3550kW，如此大型输送黄河水的单级离心泵在国内甚至国际上无借鉴资料。为了保证泵性能满足客户要求，这次采用经验统计速度系数法，用两相流流场分析设计法验证。含砂的黄河水对叶轮破坏集中在叶片工作面和叶轮出口。经过对固液两相流原理的分析，适

5、当地增大叶片包角、减小出口安放角、减少叶片数以及较大出口宽度，可以减少磨蚀，增加叶轮使用寿命。含泥沙的黄河水的磨损与转速n成5次方关系，因此选择转速对设计极为重要，参考国内外相关资料推荐使用磨损相似系数计算转速，公式为H．／1000≤K(1)式中H_扬程；K——常数，于泵的规格尺寸和介质磨蚀性强弱税赢规鬲微工葫凇赢孽‰兢～协凹砒9蝴(8)汽蚀余量叶轮设计时应考虑磨蚀量、容易铸造、不变形等因素，叶轮前、后盖板及出口叶片厚度应加厚。在抽送含泥沙的黄河水时，泵的有效汽蚀余量会降低，固体浓度越大，汽蚀余量下降越厉害，汽蚀牵涉到化学

6、腐蚀、电化学效应和热力学效应，对叶轮、泵体破坏非常严重。因此设计时选用汽蚀余量好的模型泵换算或汽蚀比转速取大值。2．泵体设计含砂的黄河水在泵体压水室内，隔舌附近的固体颗粒运动紊乱，颗粒直接冲击隔舌部位，导致隔舌冲击磨损。颗粒直径越大，发生冲击磨损的越严重。从压水室I～Ⅷ断面，含泥沙的黄河水因径向速度，所以固体颗粒在离心力的作用下紧贴着泵体内壁运动，并沿着泵体内壁向出口方向运动，导致泵体第Ⅷ端面内壁发生较为严重的磨损。设计泵体考虑适当加厚泵体厚度及隔舌厚度。三、材质选用及流道涂层17前，新材料及其表面涂层技术，已发展为含泥沙

7、的黄河水泵抗磨蚀的主流方向，其研究只要向耐磨、耐高低温、以处理和成本低的方向发展。泵叶轮选用耐磨蚀材料KmTBCr26，硬度高达60HRC。泵体流道内壁采用表面涂层技术，涂层为非金属一环氧金刚砂配方，涂层厚度不低于3mm。四、磨损模拟计算目前存在很多磨损模型来分析含砂的黄河水对泵磨蚀影响，过流部件表面被固体颗粒撞击而遭磨损的问题，ANSYS软件岛一￡模型对含砂的黄河水分析技术。固体粒子对壁面的磨损是与粒子的运动情况、粒子特征和壁面特性相关的函数，对大多数金属件流道面，磨损率E，与粒子的冲击角度和速度相关，其公式为E,=kv

8、p"，(口)(7)式中＆——经验系数；vD-一颗粒速度；咒——常数，取值为2；口——颗粒运动轨迹线与壁面的夹角。在模拟计算时，将ANSYS软件七一E模型运用到软件中，建立流道模型如图1所示，运用单个固体颗粒代2016年靴期黑：ety用jx黑corn69第12期www．U刁M泖G赢就M祝=耋曰＆颦～r{售