离心泵作为一种通用机械,在航天航空、石油化工以及农业排灌等众多领域都有着广泛的应用,对于各种生产装置的正常运行起着至关重要的作用。由于悬浮颗粒物的磨蚀造成离心泵失效广泛存在于各种工程实践中,Roco M C 分析颗粒的运动规律后得出过流部件的磨损原因为颗粒的直接冲击、紊乱冲击和滑动摩擦。
赵以奎通过数值模拟分析得出随着颗粒直径的不断增大,固体颗粒呈现向叶轮工作面偏移的趋势,由此造成叶轮工作面的切削磨损;固相体积浓度的增加对颗粒在叶轮流道内的分布略有影响;叶轮的磨损主要发生在叶轮进口处和叶轮的出口段。
刘娟通过高速影像技术研究得出大质量的颗粒的运动轨迹包角大,轨迹偏向叶片工作面,对叶片工作面的撞击几率大,撞击的区域集中在叶片头部和工作面的中前部;小质量颗粒的运动轨迹向叶片工作面方向的偏转较小,与叶片工作面的撞击几率较小,且撞击区域集中在叶片的头部和出水边。
杨敏官通过试验发现叶轮流道中间轴截面上,在叶轮进口处多为小粒径颗粒,分布较均匀;沿径向,逐渐有大粒径颗粒,且大部分位于压力面及附近,吸力面及其附近区域多为小粒径颗粒,至出口处大粒径颗粒分布趋于均匀。由此可见,输送含有微量悬浮颗粒液体时的磨损破坏不容小视,在前期离心泵选型过程中就应考虑该因素,以确定合适的泵型。
失效案例分析
案例背景
下图为某15 万t 精制盐水项目供货一批钛材离心泵,其装置中膜过滤循环泵工艺参数具体如表1 所示,前期初步选型为单级闭式叶轮型离心泵,采用常规背靠背式双端面非集装式机械密封,其结构剖面图如图1 所示。
该泵在现场运行约4 个月后,现场性能无法满足,对泵进行解体,拆检后发现泵体、叶轮以及泵盖有不同程度的磨损。泵体磨损部位主要为与叶轮口环配合处,形成约5mm深的凹形槽,叶轮与泵体形成的前泵腔处也产生轻微磨损,如图2 所示;叶轮叶片进口基本完好,叶片出口工作面有轻微磨损,如图3 所示,叶轮口环处磨损严重,形成约为2mm 深的凹形槽,如图4 所示;泵盖与叶轮形成的空腔内有明显冲刷痕迹,如图5 所示;机械密封及轴套磨损,腔体内堆积大量结晶物,弹簧元件被结晶物卡死致使机封失效。