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化工自吸管道泵設(shè)計(jì)與應(yīng)用
中圖分類(lèi)號(hào)：TQ051．21
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
符號(hào)說(shuō)明
qV——泵額定體積流量，m3/h
H——泵額定揚(yáng)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(jìn)口邊直徑，m
D——管線(xiàn)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(jì)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(yàn)系數(shù)
Vc——儲(chǔ)液室體積，m3
Vq——?dú)庖悍蛛x室體積，m3
β1——葉輪葉片進(jìn)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(shí)間，s
δ——葉輪葉片厚度，m
h1——泵進(jìn)出口中心線(xiàn)高度，m
h2——泵體高度，m
d——泵進(jìn)口內(nèi)徑，m
C——泵進(jìn)口高度裕量，m
在化工產(chǎn)品的工藝煉制或轉(zhuǎn)輸過(guò)程中，離心泵的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普及，但在某些負(fù)壓(如鐵路槽車(chē)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(chē)槽罐液體的轉(zhuǎn)運(yùn)等)場(chǎng)合，由于其沒(méi)有吸氣排空的自吸性能，無(wú)法實(shí)現(xiàn)輸液功能。此外，大多數(shù)化工產(chǎn)品均具有腐蝕性，對(duì)這些特殊的場(chǎng)合如采用吸空設(shè)備和輸液設(shè)備聯(lián)合卸液，勢(shì)必增加設(shè)備投資，且操作變得復(fù)雜。而目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)的臥式自吸離心泵，雖有吸空和輸液功能，但無(wú)法在露天使用(無(wú)法縮短輸液距離)，且又受泵房的約束，很難達(dá)到卸液的目的和效果。針對(duì)上述現(xiàn)狀，根據(jù)用戶(hù)提出的要求，筆者成功地研制開(kāi)發(fā)了一種化工自吸管道泵，并獲得了國(guó)家專(zhuān)利。現(xiàn)以80HGZB-80型化工自吸管道泵為例，闡述其研制和設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并介紹了在線(xiàn)運(yùn)行的一些情況。
1設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)型式
1.1設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)，既能自吸又能輸液，泵為立式，泵進(jìn)出口直徑應(yīng)在同一水平線(xiàn)上。
1.2結(jié)構(gòu)型式
結(jié)合普通管道泵機(jī)泵一體及自吸泵自吸機(jī)理，在考慮了腐蝕性情況后，設(shè)計(jì)了如圖1所示的外混式化工自吸管道泵。設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮：①腐蝕性介質(zhì)氣化因素，為保護(hù)電機(jī)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(pán)的防爆電機(jī)。②凡與液體過(guò)流接觸的零件均采用0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti的抗腐蝕性材料。泵軸通過(guò)熱處理達(dá)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(mén)采用鉸鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，密封面材料選用聚四氟乙烯，壓板采用0Cr23Ni28Mo3Cu3Ti。⑤采用滾動(dòng)軸承支撐軸，并將其設(shè)計(jì)在機(jī)械密封之上，隔離腐蝕介質(zhì)。滾動(dòng)軸承與泵軸為較大的間隙配合，方便機(jī)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(jī)械密封。⑦泵進(jìn)出口設(shè)計(jì)在同一水平線(xiàn)上，相錯(cuò)180°。⑧聯(lián)軸器采用分體的剛性對(duì)開(kāi)式聯(lián)軸器，可以脫開(kāi)電機(jī)主軸和泵軸，使之留有一軸向空間，機(jī)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(dòng)軸承 3.儲(chǔ)液室4.泵 出口5.氣液分離室6.防爆電動(dòng)機(jī)
7.泵進(jìn)口8.單向拍門(mén)9.進(jìn)口座10.吸入 室11.剛性對(duì)開(kāi)式聯(lián)軸器12.泵軸
13.箱體14.機(jī)械密封座15.機(jī)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(jìn)出口在一定的高度，所以在啟動(dòng)前泵內(nèi)已儲(chǔ)有一定量液體。當(dāng)泵啟動(dòng)后，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，將儲(chǔ)液室和吸入管路中的空氣一起吸入，氣液混合物通過(guò)葉輪、隔舌和壓水室擴(kuò)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(lái)，并通過(guò)泵出口逸出，而較重液體通過(guò)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(guò)程，泵便投入正常的輸液運(yùn)行。
3主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
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(gè)自吸和輸液過(guò)程中，機(jī)械密封的冷卻和潤(rùn)滑均靠被輸送液體來(lái)實(shí)現(xiàn)，無(wú)需外加液體和附加管道。④采用分離式剛性對(duì)開(kāi)式聯(lián)軸器，可不拆卸電動(dòng)機(jī)和外殼，就能更換滾動(dòng)軸承及機(jī)械密封等零件，拆裝維修相當(dāng)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(jì)
該泵設(shè)計(jì)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(jì)上應(yīng)對(duì)以下各參數(shù)進(jìn)行修正和補(bǔ)充，否則就達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
6實(shí)際應(yīng)用
2臺(tái)80HGZB-80型化工自吸管道泵于1996年9月送往大慶某化學(xué)助劑廠(chǎng)，用于接卸鐵路槽車(chē)中的硫酸和堿。在約4.5m高的負(fù)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，效果極佳。該泵已使用2年多，一切正常。
7結(jié)語(yǔ)
80HGZB－80型化工自吸管道泵具有自吸性能優(yōu)良，運(yùn)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(diǎn)。同時(shí)縮短了接卸液體的時(shí)間，加快了槽罐車(chē)的周轉(zhuǎn)率，提高了生產(chǎn)效率，具有一定的推廣價(jià)值。筆者還開(kāi)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(xué)工業(yè)中。
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