解决脱氨塔底循环泵汽蚀问题的改进设计
2020-05-200
汽蚀余量NPSHa不足2 m(管路损失很小)。其工艺 流程如图1所示：需求流量4.4 m3/h,扬程50 m。 泵的最优工况点为10.5 m%，此时泵的汽蚀余量 为 1.2 m〇
该泵运转时，泵几乎没有流量，需往泵体上持 续不断浇常温水降温，泵才可以勉强运行，最大流 量只能达到2 m3/h，且伴有明显的噼里啪啦的噪 声，开启出口阀门后，扬程急剧下降。只有用两台 泵同时并联运行且不断浇冷却水才可勉强达到工艺 需求。
低。在旋转叶轮的流道中，流体流速分布并不均 匀，在阻力小、压力低的区域流速要高一些。从叶 轮轴面图上看，靠近叶轮轮毂附近流速高，靠近叶 轮吸人口叶片外缘流速低，如图2所示。
1存在问题分析
从泵的表观特征和故障分析来看，泵在小流量 工况下运行时发生了明显的汽蚀和液体汽化现象， 而且伴有氨气溢出。
1.1入口回流对汽蚀的影响
当流量减小时，叶轮吸人口流道中液体速度降
从图3可以看出，从叶轮吸入口开始到叶轮出 口位置，流道的过流面积在进入叶片后呈现出较为 剧烈的变化；通过计算叶轮吸人口过流面积和计及 叶轮出口宽度的外缘出口面积，该栗在4.4 m3/h甚 至更小流量运转时极有可能出现回流。但在额定流 量或大流量运转时，叶片以及盖板对流体的约束能 力较强，产生脱流或者回流的风险很小。
按速度三角形分析，在叶片进口流量减小时， 叶轮吸人口绝对速度减小，相对速度的人射角将增 大，使流动阻力增大，且流动阻力正比于相对速度 的平方。当流量进一步减小时，上述趋势增大，相 对较多的液体从轮毂侧流人叶轮流道，进口速度重 新分布。这时，在叶片进口，液体产生负的周向分 速度。流量再减小时，进人叶轮的流速分布开始变 得不均匀，并在靠近叶轮进口外缘部位产生周向分 速度。当流量低于发生回流的临界流量时，由于进 口轴面速度重新分布，周向分速度的数值和范围都 增大，在叶片进口靠近叶片外缘处，形成稳定回 流；但是靠近轮毂的流道几乎不受影响，液流仍保 持原有的轴面流速分布。按照伯努利方程，在此区 域产生的回流使得这一区域的速度场发生显著改 变，从而导致压力降低，液体开始汽化，汽蚀发 生，如图4所示。
因此，通过分析可知，该荥因回流的影响，汽 蚀曲线呈现出“两头翘”的现象，即小流量点和大 流量点泵的汽蚀余量都较中间流量点高，这也是泵 在小流量点发生汽蚀的主要原因。
1.2搅拌热的影响
介质的饱和蒸汽压随着温度的升高而提高，原 设计叶轮开口宽度为9 mm,按照速度系数法计算
其开口宽度只要4 mm就可满足设计要求。泵在小 流量点运行时，介质经叶轮做功后无法及时排出， 在泵体内部反复循环，流体质点的摩擦使得介质温 度不断升高，导致介质饱和蒸汽压升高，这相当于 变相降低了泵的装置汽蚀余量，泵继而发生汽蚀。 还需要特别指出的是：介质温度的升高还导致溶解 在水中的氨气快速溢出，溢出的氨气占据了流道空 间，导致汽蚀进一步恶化。一般情况下，溶解氨变 成气态氨时其体积会急剧增大到原来的近700倍, 溢出的氨气也加剧了汽蚀的发生。
1.3性能曲线
泵本身扬程不足或者性能曲线上扬程随流量下 降较快导致泵出口压力无法克服容器背压，这也是 泵只能开到2 mVh而流量无法继续增大的原因。
2设计改进
1)从图5中可以看出，在叶轮进口处面积突然 增大，采用这种设计结构在泵的额定流量或者大流量点运行时可以起到减小汽蚀余量的作用，但是一 旦泵在小流量下运行，势必导致泵提前发生回流。 因此在设计时将吸入口面积由原来的1755 mm2减小 为906 _2,虽然面积减小可能使泵在额定点的汽 蚀余量有所增加，但是消除了泵在小流量的回流。
2) 原设计叶轮进口较大，荥体喉部面积也较 大，在设计新叶轮时将栗的出口宽度由9 mm缩减 为4 mm。采用焊接叶轮方法，使栗的最优工况点 位于工作点附近，避免了回流搅拌热的产生。
3) 为了使栗获得更好的汽蚀余量，在叶轮吸 人口设计了一个轮缘厚度为1.5 mm的焊接式等螺 距诱导轮，可以提高该泵的汽蚀比转速，增强泵的 抗汽蚀能力。
4) 将叶轮叶片由3片增加到5片，叶片出口 安放角由15°增加到30°，这样做的目的是通过增 加叶片数和增大出口安放角获得较为平缓的性能曲 线，在流量变化时扬程变化不致过于剧烈。
5)增大叶轮外径，将扬程提高到58 m，克服 系统背压。
3结语
该泵试验结果为：
。=4.4 m3/h 时，NPSHfO.92 m 0=2m3/h 时，NPSHFl.04m 该泵在用户现场已连续稳定运行半年，性能参 数完全符合设计要求。