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化工自吸管道泵設(shè)計與應(yīng)用



    論文摘要：介紹了化工自吸管道泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工作原理、特點、設(shè)計方法、試驗結(jié)果和實際應(yīng)用，表明其具有明顯的實用性和推廣價值。

    中圖分類號：TQ　051．21

    文獻標識碼：B

    符號說明

    qV——泵額定體積流量，m3/h
    H——泵額定揚程，m
    n——泵額定轉(zhuǎn)速，r/min
    NPSH——泵汽蝕余量，m
    ns——泵比轉(zhuǎn)數(shù)
    Do——葉輪進口邊直徑，m
    D——管線直徑，m
    D2——葉輪外徑，m
    Ku2——葉輪出口圓周系數(shù)
    KD2——葉輪外徑修正系數(shù)
    b2——葉輪出口寬度，m
    Kb2——葉輪出口寬度統(tǒng)計系數(shù)
    Z——葉輪葉片數(shù)
    F8——渦室zui大截面面積，m2
    Fi——第i截面面積，m2
    Kv3——螺旋渦室中的流速系數(shù)
    Kf8——渦室截面修正系數(shù)
    S——回流孔面積，m2
    Ks——回流孔經(jīng)驗系數(shù)
    Vc——儲液室體積，m3
    Vq——氣液分離室體積，m3
    β1——葉輪葉片進口安放角，（°）
    β2——葉輪葉片出口安放角，（°）
    N——泵的軸功率，kW
    η——泵效率，%
    Hs——泵自吸高度，m
    ts——泵自吸時間，s
    δ——葉輪葉片厚度，m
    h1——泵進出口中心線高度，m
    h2——泵體高度，m
    d——泵進口內(nèi)徑，m
    C——泵進口高度裕量，m
    在化工產(chǎn)品的工藝煉制或轉(zhuǎn)輸過程中，離心泵的應(yīng)用已經(jīng)相當普及，但在某些負壓（如鐵路槽車液體的接卸，地下罐液體的倒送，海河碼頭液體的下卸及汽車槽罐液體的轉(zhuǎn)運等）場合，由于其沒有吸氣排空的自吸性能，無法實現(xiàn)輸液功能。此外，大 多數(shù)化工產(chǎn)品均具有腐蝕性，對這些特殊的場合如采用吸空設(shè)備和輸液設(shè)備聯(lián)合卸液，勢必增加設(shè)備投資，且操作變得復(fù)雜。而目前已經(jīng)開發(fā)的臥式自吸離心泵，雖有吸空和輸液功能，但無法在露天使用（無法縮短輸液距離），且又受泵房的約束，很難達到卸液的目的和效果。針對上述現(xiàn)狀，根據(jù)用戶提出的要求，筆者成功地研制開發(fā)了一種化工自吸管道泵，并獲得了國家。現(xiàn)以80HGZB-80型化工自吸管道泵為例，闡述其研制和設(shè)計的特點，并介紹了在線運行的一些情況。

    1　設(shè)計要求和結(jié)構(gòu)型式

    1.1　設(shè)計要求

    qV=50m3/h，H=80m，n=2950r/min，NPSH≤4m，D=80mm。輸送介質(zhì)為硫酸、鹽酸和堿，要求泵自帶自吸機構(gòu)，既能自吸又能輸液，泵為立式，泵進出口直徑應(yīng)在同一水平線上。

    1.2　結(jié)構(gòu)型式

    結(jié)合普通管道泵機泵一體及自吸泵自吸機理，在考慮了腐蝕性情況后，設(shè)計了如圖1所示的外混式化工自吸管道泵。設(shè)計時主要考慮：①腐蝕性介質(zhì)氣化因素，為保護電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并避免污染環(huán)境，采用適用于室外使用并帶法蘭盤的防爆電機。②凡與液體過流接觸的零件均采用0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti的抗腐蝕性材料。泵軸通過熱處 理達到HB269～302。③所有密封墊均采用聚四氟乙烯，螺塞以及緊固件均采用3Cr13 。④泵的單向拍門采用鉸鏈式結(jié)構(gòu)，密封面材料選用聚四氟乙烯，壓板采用0Cr23Ni28M o3Cu3Ti。⑤采用滾動軸承支撐軸，并將其設(shè)計在機械密封之上，隔離腐蝕介質(zhì)。滾動軸承與泵軸為較大的間隙配合，方便機械密封座的拆卸、安裝和維修。⑥泵密封采用耐腐蝕 、耐磨損且耐中壓的108u-055型機械密封。⑦泵進出口設(shè)計在同一水平線上，相錯180°。 ⑧聯(lián)軸器采用分體的剛性對開式聯(lián)軸器，可以脫開電機主軸和泵軸，使之留有一軸向空間，機械密封座等零件可以取出。⑨考慮到液體不同的溫度和密度，配套功率選用45kW。

    2　工作原理

    由于吸入室和泵進出口在一定的高度，所以在啟動前泵內(nèi)已儲有一定量液體。當泵啟動后，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，將儲液室和吸入管路中的空氣一起吸入，氣液混合物通過葉輪、隔舌和壓水室擴散管被排到氣液分離室中，由于流速降低，較輕氣體從混合氣液中分離出來，并通過泵出口逸出，而較重液體通過箱體和泵體相連通的回流孔回到渦殼，返回葉輪，重新與氣體混合，繼續(xù)參與排氣的分離作用。依此循環(huán)，直到泵及吸入管的氣體全部被排盡為止，即完成自吸過程，泵便投入正常的輸液運行。

    3　主要結(jié)構(gòu)特點

    ①利用泵本身內(nèi)部的結(jié)構(gòu)而不需外部任何附加輔助裝置就可完成自吸功能，集自吸與輸液功能為一體，結(jié)構(gòu)新穎。②采用立式結(jié)構(gòu)，占地面積小，減少了管道系統(tǒng)中的管道附件。③在整個自吸和輸液過程中，機械密封的冷卻和潤滑均靠被輸送液體來實現(xiàn)，無需外加液體和附加管道。④采用分離式剛性對開式聯(lián)軸器，可不拆卸電動機和外殼，就能更換滾動軸承及機械密封等零件，拆裝維修相當方便。⑤葉輪的軸向力均靠其自身結(jié)構(gòu)平衡，不需另加零件。

    4　水力設(shè)計

    該泵設(shè)計方法與離心泵基本相同。但由于其結(jié)構(gòu)的特殊性以及水力損失的不同，在具體的參數(shù)設(shè)計上應(yīng)對以下各參數(shù)進行修正和補充，否則就達不到設(shè)計要求。

    式中，Ku2根據(jù)β2和ns選取［1］，KD2一般取1 .01～1.05。

    其中，Kb2=（0.74～0.81）（ns/100）5/6，ns小則Kb2取大值。

    Z=（1.1～1.8）D21/2                           
    式中，Kv3由ns決定，ns大則Kv3小 ［1］。Kf8一般取1.1～1.3，各截面面積為Fi=（i/8）F8。

    S=πKs2（qV/n）2/3/4                             
    其中，Ks=1.1～1.8，qV小時則取大值。

    qV/3.6≤Vc≤qV/1.8                 
    式中，ns小時取大值，反之則取小值。

    Vq≥（0.5～0.7）Vc                 
    式中，ns大則取大值，反之取小值。

    h1=h2+D2+d+C                     
    式中，C一般取0～100mm，ns小則取大值。該泵的水力結(jié)構(gòu)設(shè)6計參數(shù)見表1。

表1　水力結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)

ns D0/
mm D2/mm b2/mm Z δ/
mm β1/
（°） β2/
（°） F8/
mm2 S/
mm2 V c/
dm3 Vq/
dm3 h1/
mm d/
mm
47.73 75 255 8 6 6 21 38 1380 720 19.5 7.2 620 80


    5　試驗結(jié)果

    用常溫清水在9m的深井中以及在封閉的C級測試臺架上對此泵進行了自吸性能和水力性能的試驗，試驗結(jié)果見表2、表3、圖2及圖3。試驗結(jié)果表明，該泵的性能指標均達到了設(shè)計要求。

表2　自吸性能

Hs/m 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.3 8.7
ts/s 26 33 40 53 72 90 108 136 161 182 224


表3　設(shè)計點水力性能

qV/m3.h-1 H/m  n/r.min-1 N/kW η/% NPSH/m
50.06 79.8 2950 20.19 53.9 3.55
    6　實際應(yīng)用

    2臺80HGZB-80型化工自吸管道泵于1996年9月送往大慶某化學助劑廠，用于接卸鐵路槽車中的硫酸和堿。在約4.5m高的負壓接卸條件下，克服了氣阻，約2min便完成吸空引液的任務(wù)，轉(zhuǎn)入正常的輸液工作，約80min即卸完槽罐中的液體，效果。該泵已使用2年多，一切正常。

    7　結(jié)語

    80HGZB－80型化工自吸管道泵具有自吸性能優(yōu)良，運行平穩(wěn)，工作可靠 ，噪音小，泄漏量少，便于維修及更換密封等特點。同時縮短了接卸液體的時間，加快了槽罐車的周轉(zhuǎn)率，提高了生產(chǎn)效率，具有一定的推廣價值。筆者還開發(fā)了50HGZB－32型化工自吸管道泵，并已應(yīng)用于相應(yīng)的化學工業(yè)中。