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化工自吸管道泵設計與應用
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——渦室最大截面面積，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備和輸液設備聯(lián)合卸液，勢必增加設備投資，且操作變得復雜。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，并獲得了國家專利。現(xiàn)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(jié)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(zhì)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(jié)構型式
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(zhì)氣化因素，為保護電機的內(nèi)部結(jié)構并避免污染環(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，密封面材料選用聚四氟乙烯，壓板采用0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti。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(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。
1.渦殼 2.滾動軸承 3.儲液室 4.泵 出口 5.氣液分離室 6.防爆電動機
7.泵進口 8.單向拍門 9.進口座 10.吸入 室 11.剛性對開式聯(lián)軸器 12.泵軸
13.箱體 14.機械密封座 15.機械密封 16. 泵蓋 17.葉輪口環(huán) 18.離心葉輪 19.泵體
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)構特點
①利用泵本身內(nèi)部的結(jié)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(jié)構新穎。②采用立式結(jié)構，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(jié)構的特殊性以及水力損失的不同，在具體的參數(shù)設計上應對以下各參數(shù)進行修正和補充，否則就達不到設計要求。
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(zhuǎn)入正常的輸液工作，約80min即卸完槽罐中的液體，效果極佳。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，并已應用于相應的化學工業(yè)中。 |
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