做和离心式热水循环泵汽蚀原因及解决方法

离心式热水循环泵汽蚀原因及解决方法

在轮胎硫化过程中，内压过热水的稳定供给与循环是极其重要的。在其完整的闭路循环系统中，热水循环泵如同人体的心脏一样重要，不可须央出现故障。但是，实际的情况难免意外。仅汽蚀来说，不仅造成水泵的损伤，尤其能导致循环系统产生大的压力波动，甚至顿时失压，对初硫化期间的轮胎造成了致命伤。由此可见，认清汽蚀原因，采取有效防范或妥善解决措施是十分必要的。

1 汽蚀原因分析

1.1 定性分析

水泵吸入口处的水因汽化成汽泡，这些汽泡在水泵排出口之前被高压挤碎(水的质点在叶轮流道上运动时，是不断增大能量的，汽泡被挤碎的位置也是唯一的)，由于汽泡的占空突然“消失”，引起了水质点的强烈冲击，造成对泵叶轮的汽蚀破坏，同时使泵出水压力波动，严重时产生失压。

水泵吸入口处水的汽化条件是:其压力突然低于该处水温对应的饱和蒸汽压力。一个正在稳定运行的供热系统，压力、水温、流量稳定，在遇到下列情况(之一)时，就会使水泵入口处的水压降低。

(1)供入除氧器的蒸汽压突然降低；

(2)供入除氧器的蒸汽温度突然降低；

(3)大量地向除氧器中补充较低温度的凉水；

(4)硫化车间用从形态上看水量突然加大；

(5)泵出口以外直至循环回除氧器管中管路阻力突然大幅度减小；

(6)泵出口以外直至循环回除氧器管中突然有大量的泄漏。

一旦因上述情况使泵入口处压力降至低于饱和蒸汽压，就会产生汽蚀。

1.2 定量分析

附图是除氧加热系统简图。取除氧器内液面作基准高度，定义为“”界面。水泵入口处为“”界面。

(1)安装高度计算

Hg=P0/ρg-P饱/ρg -Δh-Σhf() (1)

式中Hg——计算安装高度，m；

P0——除氧器内汽压，Pa；

P饱——热水泵入口处，即“”界面处水的饱和汽压，Pa；

ρ——液体密度，kg/m3；

g——重力加速度，m/S2；

Δh——泵的汽蚀余量，m；

Σhf()——热水自除氧器流至水泵入口处的阻力损失，m。

热水自除氧器流至水泵入口处时，可以忽略水温的变化，即认为P饱=P0，泵的汽蚀余量Δh，随泵资料给出为3.9m水柱高。

输并应能对试样施加实验机的最大力值入侧管道阻力损失Σhf()估计为1.1m水柱高。

于是，由(1)式计算:

Hg′=-3..1=-5m水柱高

这是按20℃实验机因制造和包装质量不良而产生破坏或不能正常工作时水计算结果，折成170℃水时:

Hg=ρ20gHg′/ρ170g=998.2×(-5)/897.3=-5.5m水柱高

就是说，热水泵的安装高度至少要比除氧器最低运行液位低5.5m。

实际例子是低10m，安装高差尚有4.5m的裕量(按170℃水计算所得)。

(2)除氧器内压变化多少可发生汽蚀

己处于稳定运行状态的除氧动力系统，除氧器内汽压、水温，水泵入口处的压力和水温都是相对稳定的。假定这时P0突然降低，则系统平衡便被破坏。但在P0降低的同时，水泵入口处的水温是绝对不会立即下降的，现有10m17今天我们就根据国家标准《GB/T12914⑵008 纸和纸板 抗张强度测定》详细论述1下具体的测试方法0℃水所形成的压力是:

h′=10×897.3/998.2≈9m水柱高

用(1)式计算P0的下降量:

令[(P0-ΔP)-P饱]/ρg一Δh-Σhf()+h′=0

(P0-ΔP)-P饱=[-h′+ h+Σhf()]ρg=[-9+3.9+1.1]×998.2×9.8=-39129.44Pa

∵P0=ΔP -P饱= P饱-ΔP -P饱=-ΔP

∴ΔP=39129Pa

即，若水温在170℃，即饱和蒸汽压(表压)为0.678MPa状态下稳态运行，当汽压突然降到表压0.639MPa以下时，就有可能造成汽蚀。

(3)补水量达到多少可致汽蚀发生

管中一旦发生较大泄漏，系统平衡破坏，除氧器水位就会快速下降，于是就需要快速大量地补入相对低温的软水。

设除氧器稳态运行存水量为:

25m3(容积)×0.7(占空率)=17.5m3

在某较短时间内，因水位突降，存水量减少了Vm3，于是补入低温水Vm3。

在补入低温水时，P0也会降低，蒸汽的流量会增大，携入热量速率会大于原先稳态运行时。为简化推导，在此仅考虑冷热水的热交换对P0的影响，忽略增大的蒸汽流量的热交换作用。

设补充水温为60℃;稳态运行时水温为170℃;170℃的(17.5m3-Vm3)水同60℃的V m3水相混合(忽略混合后总体积与17.5 m3的差异):

ΔQ1=m1(TCPCP11)

ΔQ2=m2(170CP21-TCP22)

m1=Vρ60 =983.2V

m2=ρ170(17.5-V)=897.3(17.5-V)

饱和蒸汽的绝对压力为0.7377MPa时见前面计算，T取168.13℃。

CP11=0.988；CP12=CP22=1.0445；CP21=1.046

令ΔQ1=ΔQ2，代入各参数数值:

983.2V(1.0445×168.×0.998)=897.3（17.5-V)×(170×1..0445×168.13)

解出V=0.31m3

加入冷水时，P0降低，蒸汽流量会加大，不单纯是两种温度的水混合。可以放宽估计，当短时间内加60℃的补水达1m3时，可能引起汽蚀。

(4)泵出口流量增加多少时可引起汽蚀

当生产负荷突然加大，管上管阻突然减少或管上有大量泄漏，都会导致泵出口流量增大。

这些情况发生时，会使稳态运行中的除氧器液位突然降低，同时有冷水补入。冷水补入的影响，前边已讨论过，在此不考虑这一因素，只按流量增大所引起的泵入水口处静压降低来推敲。

流量突然加大，泵进水管内流速加大，水的漏流程度提高，动压头和阻力损失都会加大，所增大的部分要由静压头转换。

在流量为150m3/h，原输入侧管路损失:

Σhf()=1.1m水柱高，据Σhf=ξu2/2

U=Q/S=150÷3600/π÷4×0.082≈8.29m/S

ξ=2Σhf/U2≈0.032

前面已知现有10m的安装高差，相当于9m水柱高，这9m水柱高扣除汽蚀余量及原有阻力损失计5m水柱高，剩4m水柱高。

令ΔU2/2+ξΔU2 /2=4

得ΔU ≈2.784m/s

又ΔQ=ΔUS=2.784×π/4×0.082=0.014m3/S=50.38m3/h

即流量突然增加大于等于50.38 m3/h 情况下，有产生汽蚀的可能。

可以用一句话来概括三项定量分析结论:半个汽压壹方水、五十流量可捣鬼。

2 预防和消除汽蚀的对策

据上述分析，汽蚀的原因就在于除氧器内汽压的突然降低、水温的突然降低或泵流量的突然增加。由此，提出以下对策:

(1)若汽源压力和供应能力皆富裕，应设置除氧压力自控装置，保证P0的稳定。

(2)若汽源压力和供应量不富裕，应在提压增量后再配压力自控装置，保证P0的稳定。

(3)减少硫化机、罐同时入线台数，即减小流量增长率。

(4)减少以致杜绝管线泄漏。

(5)提高补水水源水温。

(6)在保证最有效除氧换热效果前提下，除氧器液位控制点尽量设高。

(7)水泵的供水能力要大于生产最大负荷，以考虑局部泄漏问题。

(8)在水泵出口设置排汽阀门，当汽蚀发生时，开阀排放所生成的汽体。或可同时提高除氧器供汽压力。

(9)设置除氧器内汽压同水泵入口水压之间的差压测量显示仪表，以监视其变化。若该差压大于某一数值，则预警汽蚀的发生(此差压不是定值，水温愈高、流量愈大，差值愈小)。

(10)发生大量跑水时，增加供水泵台数，这样，每台泵的流量就会小些，泵入口处静压损失也会小些。