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摘要: 壓力降低是汽蝕發(fā)生的條件,水中存在大量的汽泡迅速破裂則是汽蝕發(fā)生的內(nèi)因。因此,要改善和降低煤礦主排水泵葉輪的汽蝕破壞,需要提高水泵入口壓力?! ≡诿旱V水泵相當(dāng)于是煤礦的“心臟”,水泵工作性能的好壞直接 ...
壓力降低是汽蝕發(fā)生的條件,水中存在大量的汽泡迅速破裂則是汽蝕發(fā)生的內(nèi)因。因此,要改善和降低煤礦主排水泵葉輪的汽蝕破壞,需要提高水泵入口壓力。 在煤礦水泵相當(dāng)于是煤礦的“心臟”,水泵工作性能的好壞直接影響到煤礦的生產(chǎn)安全,保證煤礦排水設(shè)備尤其是主排水泵狀況的完好和穩(wěn)定性具有非常重要的意義。水泵的葉輪是水泵將電機的機械能轉(zhuǎn)化成水的壓力能和動能。對水泵來講,只要葉輪性能良好就能保證水泵的正常運行。然而長期以來,困擾水泵正常運行的一大難題就是水泵葉輪葉片的損壞的問題,產(chǎn)生這種破壞的主要原因,往往就是葉輪發(fā)生了汽蝕現(xiàn)象,所以研究泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象的原因以及如何預(yù)防汽蝕是非常關(guān)鍵的問題。而這也正是設(shè)計人員在煤礦排水設(shè)備的選型設(shè)計、安裝過程中重點要考慮的問題,實際使用過程中真正使煤礦主排水泵葉輪遭到破壞的zui主要原因是由于水中的固體顆粒的磨損,增大了礦水重度,從而增加了汽蝕發(fā)生的可能性。為此,本文專門研究了煤礦主排水泵的具體情況,就固體顆粒的存在對葉輪破壞的影響進行研究。 1、汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因 泵進水口處的壓力減小到當(dāng)時水溫下的汽蝕壓力時,水發(fā)生汽化。水在入水口形成氣體,從而入水口形成許多小氣泡。這些小氣泡隨水流進高壓區(qū)時,汽泡迅速破裂,周圍液體立即填充原汽泡空穴,由于汽泡破裂時間很短,所以形成高達幾百兆帕的水力沖擊。汽泡不斷地形成與破裂,巨大的水力沖擊以每秒鐘幾萬次的頻率反復(fù)作用在葉輪上,時間一長,就會使葉輪的葉片逐漸因疲勞而剝落;同時,汽泡中還夾雜有一些活潑氣體(如氧氣),對金屬的光滑層因電解而逐漸變得粗糙。金屬表面粗糙度被破壞后,更加速了機械剝蝕。另外,氣泡形成與破裂的過程中,會使過流部件兩端產(chǎn)生溫度差異,其冷端與熱端形成電偶而產(chǎn)生電位差,從而使金屬表面發(fā)生電解作用,金屬的光滑層因電解而逐漸變得粗糙。在機械剝蝕、化學(xué)腐蝕和電化學(xué)的共同作用下,金屬表面很快出現(xiàn)蜂窩狀的麻點,并逐漸形成空洞而損壞,這種現(xiàn)象稱之為汽蝕。 2、汽蝕現(xiàn)象發(fā)生后對泵的嚴(yán)重影響 當(dāng)汽蝕發(fā)展到一定程度時,將影響水泵的性能并妨礙其正常運行。主要表現(xiàn)為以下幾個方面: (1)泵的性能改變 汽蝕初生時,對水泵外特性并無明顯影響。汽蝕發(fā)展到一定程度后,水泵的功率、效率、流量和揚程等參數(shù)會突然下降。當(dāng)汽蝕充分發(fā)展后,水流的有效過流面積會減小很多,以致引起水流中斷,不能工作。 ?。?)引起振動和噪聲 氣泡破裂時,液體質(zhì)點互相沖擊,產(chǎn)生噪音和機組振動,兩者互相激勵使泵產(chǎn)生強烈振動,稱為汽蝕共振現(xiàn)象。 ?。?)過流部件表面的破壞 汽蝕破壞將大大縮短水泵的壽命,剝蝕和腐蝕嚴(yán)重時,會產(chǎn)生葉片斷裂或穿孔等重大事故。 3、葉輪磨損實驗分析 利用在葉輪葉片上涂漆的方法,對葉輪損傷的部位和程度進行定性分析實驗條件:(1)用含一定沙粒的水代替礦水,使密度和礦水相同(ρ=1025kg/m3),分別在發(fā)生汽蝕和不發(fā)生汽蝕情況下進行磨損實驗:(2)用清水在發(fā)生汽蝕的情況下進行磨損實驗。水泵在以上2種條件下運行10h后,觀察葉輪損傷情況并進行分析。實際應(yīng)用中的煤礦主排水泵葉輪損壞zui嚴(yán)重的部位是葉片壓力面和吸水面,葉片材料剝落形成凹坑,嚴(yán)重的甚至形成葉片剝落:葉片出口壓力面磨損也比較嚴(yán)重。后蓋板上從葉片到葉片中部凹凸不平,受到不同程度的損壞。實踐證明,涂油漆只有葉片端有較明顯的固體顆粒摩擦痕跡,整個葉輪葉片流道沒有汽蝕點。汽蝕損失情況下,葉片端、葉片壓力面、葉片出口壓力面的油漆有較嚴(yán)重的固體顆粒的摩擦痕跡,特別是葉片吸力面有大面積的汽蝕點存在,在損傷部位及程度基本上和實際煤礦主排水泵葉輪的損傷情況一致,程度較無汽蝕時好。條件2下清水的實驗沒有磨痕,只有汽蝕點,汽蝕的程度和含沙水相比要小得多,說明含沙粒的礦水?dāng)U大了汽蝕范圍。由此可見,在相同流體介質(zhì)條件下,發(fā)生汽蝕時的損傷比不發(fā)生汽蝕時要嚴(yán)重;相同汽蝕條件下,有固體顆粒的介質(zhì)比沒有固體顆粒時要嚴(yán)重。因此,汽蝕是煤礦主排水泵葉輪損傷的主要原因,消除汽蝕可以降低水泵的破壞,消除水中的固體顆粒則可更大程度地減輕破壞。實驗結(jié)果表明,雖然我們還不清楚汽蝕與固體顆粒的大小是否有關(guān)系,但可以驗證破壞作用的客觀存在。 4、對策與結(jié)論 由以上實驗可知道壓力降低是汽蝕發(fā)生的條件,水中存在大量的汽泡迅速破裂則是汽蝕發(fā)生的內(nèi)因。因此,為改善和減輕煤礦主排水泵葉輪的汽蝕破壞,應(yīng)從以下2方面改進: (1)設(shè)計、制造方面。1)改變?nèi)~輪形狀的設(shè)計及優(yōu)化葉輪的結(jié)構(gòu)參數(shù),改善汽蝕產(chǎn)生的外部條件;2)葉片及其他水流經(jīng)的部件應(yīng)選用抗汽蝕性能良好的材料;3)減少吸入管的壓力損失∑h、吸入管路系統(tǒng)包括底閥、慮水器、管路、彎頭、等,使這些部位的安裝設(shè)計合理,減少損失,也是降低水泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象的重要途徑;4)減少泵本身必須的汽蝕余量,為此,可適當(dāng)加大手級葉輪吸入口直徑,或采用無底閥排水。 ?。?)使用方面。1)在安裝允許的條件下,盡量減小泵的吸水高度。這樣使泵運行中的允許汽蝕余量更大些。一般情況下安裝高度在2~3.5m時,降低泵發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。2)降低井水的密度,含煤粉和泥沙的礦井水,為了減小礦水密度以減少泵的汽蝕,應(yīng)在礦井排水之前做沉淀處理。3)減小水流進泵吸入口的平均流速。 |
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