化工自吸管道泵設計與應用



    論文摘要：介紹了化工自吸管道泵的結構設計、工作原理、特點、設計方法、試驗結果和實際應用，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——泵額定轉速，r/min
    NPSH——泵汽蝕余量，m
    ns——泵比轉數
    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
    KD2——葉輪外徑修正系數
    b2——葉輪出口寬度，m
    Kb2——葉輪出口寬度統計系數
    Z——葉輪葉片數
    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
    Kf8——渦室截面修正系數
    S——回流孔面積，m2
    Ks——回流孔經驗系數
    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——泵進口內徑，m
    C——泵進口高度裕量，m
    在化工產品的工藝煉制或轉輸過程中，離心泵的應用已經相當普及，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運等）場合，由于其沒有吸氣排空的自吸性能，無法實現輸液功能。此外，大 多數化工產品均具有腐蝕性，對這些特殊的場合如采用吸空設備和輸液設備聯合卸液，勢必增加設備投資，且操作變得復雜。而目前已經開發的臥式自吸離心泵，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。針對上述現狀，根據用戶提出的要求，筆者成功地研制開發了一種化工自吸管道泵，并獲得了國家?，F以80HGZB-80型化工自吸管道泵為例，闡述其研制和設計的特點，并介紹了在線運行的一些情況。

    1　設計要求和結構型式

    1.1　設計要求

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

    1.2　結構型式

    結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，設計了如圖1所示的外混式化工自吸管道泵。設計時主要考慮：①腐蝕性介質氣化因素，為保護電機的內部結構并避免污染環境，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構，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，并將其設計在機械密封之上，隔離腐蝕介質。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泵進出口設計在同一水平線上，相錯180°。 ⑧聯軸器采用分體的剛性對開式聯軸器，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，所以在啟動前泵內已儲有一定量液體。當泵啟動后，葉輪高速旋轉，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，繼續參與排氣的分離作用。依此循環，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　主要結構特點

    ①利用泵本身內部的結構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，結構新穎。②采用立式結構，占地面積小，減少了管道系統中的管道附件。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，無需外加液體和附加管道。④采用分離式剛性對開式聯軸器，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構平衡，不需另加零件。

    4　水力設計

    該泵設計方法與離心泵基本相同。但由于其結構的特殊性以及水力損失的不同，在具體的參數設計上應對以下各參數進行修正和補充，否則就達不到設計要求。

    式中，Ku2根據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。該泵的水力結構設6計參數見表1。

表1　水力結構設計參數

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，試驗結果見表2、表3、圖2及圖3。試驗結果表明，該泵的性能指標均達到了設計要求。

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，轉入正常的輸液工作，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　結語

    80HGZB－80型化工自吸管道泵具有自吸性能優良，運行平穩，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率，提高了生產效率，具有一定的推廣價值。筆者還開發了50HGZB－32型化工自吸管道泵，并已應用于相應的化學工業中。