离心泵最小流量阀结构设计与选用原则.doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上离心泵最小流量阀结构设计与选用原则 标题:离心泵最小流量阀结构设计与选用原则 来源:互联网 图1 常开式:20%30%额定流量的水做常流水再循环浪费能源。 离心泵在工业中普遍使用,但离心泵在低流量低负荷运行时,容易发生汽蚀现象,出现不稳定运行状况,并产生噪声震动,这对离心泵是非常有害的。因此离心泵最小流量再循环回路的合理设计,对离心泵的安全经济运行至关重要。 离心泵最小流量要求 泵的最小流量是对出口而言的,当泵出口流量小于泵的最小流量时,需要增加流量,直到出口流量满足,泵才可以正常使用。 NPSHa有效汽蚀余量,只取决于装置的倒灌高度和吸水管的阻力,而与水泵本身无关。
2、 Pd水箱(除氧器)内压力。 Pv给水泵入口水温对应的饱和压力。 给水泵进口水的密度。 g重力加速度。 Hg除氧器水箱内水位到给水泵中心线的高度,也称倒灌高度。 h1吸水管内的流动损失压头。 NPSHr必需汽蚀余量,是由泵本身决定的,同吸入装置无关。无论装在什么不同的系统中,泵的NPSHr都保持不变。NPSHr是为了保证泵不发生汽蚀,要求泵进口处单位重量液体所具有的超过汽化压力水头的富裕能量,即要求装置提供的最小汽蚀余量。 图2 传统再循环回路控制系统。 如果NPSHa=NPSHr,则泵处于汽蚀工况;如果NPSHaNPSHr,则泵严重汽蚀;如果NPSHaNPSHr,则表示泵无汽蚀。 由此看出装
3、置汽蚀余量(NPSHa)小于必需汽蚀余量(NPSHr),是泵发生汽蚀的直接原因。 为了保证离心泵在低负荷下的正常工作,避免发生汽蚀,通常在离心泵出口处设置最小流量再循环回路。当系统在启动、间歇运行或低负荷运行时,最小流量再循环旁路打开,使一部分给水从旁路直接打回水箱,增大了给水泵流量,从而避免给水泵汽蚀。一般再循环流量占给水泵额定流量的25%30%,通常制造厂在离心泵曲线中给出这个数值。 离心泵最小流量再循环回路 离心泵再循环回路有三种基本形式: 1.常开再循环模式 常开再循环模式是最简单的常见形式(图1)。在再循环回路中设置一台手动节流阀,将手动节流阀设置一固定的开度,离心泵工作中让额定流量
4、的25%30%(最小流量)通过手动节流阀返回到水箱中。 图3 集成经济型自动再循环系统。 这种系统的优点是系统构成简单,初始投资成本低廉。缺点是阀门处于常开状态,始终有25%30%的流量通过再循环回路回流造成能源浪费,并且需要选择更大额定流量的离心泵以满足实际流量的要求。其次是节流阀不是调节阀,长期处于流体冲刷状态,阀门损坏很快。维修成本及运行成本高。 图4HORA公司作的流体动态分析显示,当减压过程流速过高时出现超临界现象,阀件极易受到破坏(红色区域为超临界状态)。 2.传统控制型 典型的离心泵最小流量再循环回路由下列主要环节构成: 流量测量单元(图2-1):用于流量检测。 最小流量控制阀(
5、图2-2):安装在再循环回路上,用于调节再循环流量,实现流体从泵出口的高压状态到水箱(图2-3)低压状态的减压过程。 逆止阀(图2-4):工业系统中常常使用两个以上的给水泵并联使用,实现安全备用,防止流体逆流损坏备用泵。 控制单元(图2-5):当流量等于或者低于泵需要的最小流量时,控制再循环流量控制阀开启。 图5 多级减压过程压力分布曲线。 背压器(2-6):用于建立再循环阀后管道至水箱之间的压力,避免汽蚀闪蒸工况发生在管道之中,破坏管道,产生气阻流路不畅,引起管道震动。建议背压器尽量靠近水箱(除氧器)一侧安装。 当工艺系统中要求减少给水流量时,给水泵出口控制阀(图2-7)逐渐关闭,流经水泵的
6、流量逐渐降低,当流量计检测出流量低于泵需要的最小流量时,控制系统输出控制信号,控制阀门开启。此时高压水经再循环阀回到水箱中,通常来说需要多级减压。 3.集成一体化型 能否将流量测量功能,再循环旁路减压功能,逆止阀及控制回路设计集成在一只阀门中简化再循环回路呢?这样的阀门能否工作呢?答案是肯定的。数万只德国HORA公司的集成型阀门已经连续安全工作了数年。 图6 多级减压笼式结构。 这种简洁的再循环回路设计,具有稳定的工作表现及良好的经济效益,大大降低了设备初期投资成本。 最小流量再循环工况对阀门设计的要求 最小流量再循环工况的特点及对阀门的要求是什么?我们首先从阀门损坏的机理分析。归纳起来有三种
7、: 结构设计不合理,选材不当,加工工艺落后:此类错误属于低级错误,我们在此不做讨论。 冲蚀破坏:统计显示,除第一种原因损坏外,70的阀门是由于冲蚀而损坏的。 特别是处于高压差的工况条件下,阀门在开启与关闭瞬间产生缝隙(我们称为“缝隙开度”)的情况下,极易产生超临界现象,阀芯与阀座在极具破坏力的条件下被冲蚀损坏。给水泵最小流量再循环工况就是这种典型的实际工况,百万级机组给水泵压力常常会达到400bar的压力,而水箱(除氧器)压力仅仅15bar。 图7 多级减压抛物面结构。 汽蚀破坏 另外一种常见的阀门损坏形式为汽蚀破坏。根据伯努利方程得知,流体流过节流元件时流速增加,压力下降,流过截流元件后,在
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