Явление кавитации в санитарном пластинчато-роторном насосе

Условием возникновения кавитации является снижение давления, а внутренней причиной кавитации является быстрое захлопывание большого количества пузырьков в воде. Поэтому для улучшения и снижения кавитационного разрушения рабочего колеса главного сброса Санитарный роторно-лопастной насос угольной шахты необходимо увеличить давление на входе в санитарный пластинчато-роторный насос.

В угольных шахтах санитарные пластинчато-роторные насосы являются своего рода «сердцем» угольных шахт. Рабочие характеристики санитарных пластинчато-роторных насосов напрямую влияют на безопасность производства на угольных шахтах. Большое значение имеет обеспечение целостности и устойчивости оборудования для дренажа угольных шахт, особенно основных дренажных санитарных пластинчато-роторных насосов. Рабочее колесо санитарного пластинчато-роторного насоса преобразует механическую энергию двигателя в энергию давления и кинетическую энергию воды. Для санитарных пластинчато-роторных насосов нормальная работа может быть гарантирована при условии хорошей производительности рабочего колеса. Однако в течение длительного времени серьезной проблемой, затрудняющей нормальную работу санитарных пластинчато-роторных насосов, является повреждение лопаток рабочего колеса санитарных пластинчато-роторных насосов. Основной причиной такого повреждения часто является кавитация рабочего колеса. Поэтому очень важно изучить причины возникновения кавитации в насосе и способы ее предотвращения. Именно на этом вопросе следует сосредоточиться проектировщикам при выборе, проектировании и монтаже оборудования для дренажа угольных шахт. Основной причиной повреждения рабочего колеса санитарного лопастного насоса главного сброса угольной шахты в процессе эксплуатации является износ твердыми частицами в воде, что увеличивает вес шахтной воды и повышает вероятность возникновения кавитации. Поэтому в данной статье специально изучается конкретная ситуация с санитарным лопастным насосом в главном выпуске угольных шахт, а также изучается влияние наличия твердых частиц на повреждение рабочего колеса.

1. Причины кавитации

Когда абсолютное давление на входе в насос снижается до давления кавитации при текущей температуре воды, вода испаряется. Вода образует газ на входе в воду, в результате чего на входе в воду образуется множество мелких пузырьков. Когда эти маленькие пузырьки попадают в область высокого давления с водой, они быстро лопаются, и окружающая жидкость немедленно заполняет первоначальные полости пузырьков. Поскольку время разрыва пузырька очень мало, образуется гидравлический удар силой до нескольких сотен мегапаскалей. Пузырьки постоянно образуются и лопаются, а на рабочее колесо многократно воздействуют огромные гидравлические удары с частотой десятки тысяч раз в секунду. Со временем лопатки рабочего колеса постепенно отваливаются из-за усталости. При этом в пузырьках подмешиваются некоторые активные газы (например, кислород), которые постепенно делают гладкий слой металла шероховатым из-за электролиза. При нарушении шероховатости поверхности металла ускоряется механическая коррозия. Кроме того, в процессе образования и разрыва пузырьков на обоих концах проточных компонентов будет возникать разность температур, а холодный конец и горячий конец будут образовывать электрическую пару, создавая разность потенциалов, тем самым вызывая электролиз на поверхности металла. Гладкий слой металла постепенно станет шероховатым из-за электролиза. Под воздействием механической эрозии, химической коррозии и электрохимии на поверхности металла быстро появляются ячеистые изъязвления, которые постепенно образуют полости и приводят к повреждениям. Это явление называется кавитацией.

2. Сильное воздействие на насос после возникновения кавитации

Когда кавитация достигает определенной степени, она влияет на производительность санитарного пластинчато-роторного насоса и препятствует его нормальной работе. В основном это проявляется в следующих аспектах:

(1) Изменения в производительности насоса При первом возникновении кавитации внешние характеристики санитарного пластинчато-роторного насоса не оказывают очевидного влияния. При развитии кавитации до определенной степени мощность, КПД, расход, напор и другие параметры санитарного пластинчато-роторного насоса резко падают. Когда кавитация полностью разовьется, эффективная площадь потока воды значительно уменьшится, что приведет к прерыванию потока воды и неисправности.
(2) Возникновение вибрации и шума. Когда пузырьки лопаются, частицы жидкости сталкиваются друг с другом, создавая шум и вибрацию устройства. Эти два фактора стимулируют друг друга, заставляя насос сильно вибрировать, что называется кавитационным резонансом.
(3) Повреждение поверхности проточных частей Кавитационное повреждение значительно сократит срок службы санитарного пластинчато-роторного насоса. При сильной эрозии и коррозии могут произойти серьезные аварии, такие как поломка или прокол лезвия.

3. Экспериментальный анализ износа рабочего колеса

Качественный анализ местоположения и степени повреждения рабочего колеса производился путем окраски лопаток рабочего колеса. Условия эксперимента: (1) Вместо минеральной воды использовалась вода, содержащая определенное количество песка, чтобы сделать плотность такой же, как у минеральной воды (ρ=1025 кг/м3). Эксперименты по износу проводились в условиях кавитации и без кавитации. (2) Для проведения экспериментов по износу в условиях кавитации использовалась чистая вода. После того как пластинчато-роторный насос санитарного класса проработает в течение 10 часов при двух вышеуказанных условиях, выявляется и анализируется повреждение рабочего колеса. В реальных условиях эксплуатации наиболее серьезно повреждаемыми частями рабочего колеса санитарного пластинчато-роторного насоса главного нагнетания в угольных шахтах являются входная напорная поверхность лопасти и поверхность всасывания воды. Материал лезвия отслаивается, образуя ямки, а в тяжелых случаях лезвие вообще отслаивается. Поверхность выходного давления лопатки также сильно изношена. Задняя крышка неровная от входа лопасти до середины лопасти и имеет повреждения различной степени тяжести. Практика показала, что только входной конец окрашенной лопатки имеет явные следы трения твердых частиц, а во всем проточном канале лопатки рабочего колеса отсутствуют точки кавитации. В случае кавитационных потерь краска на входном конце лопатки, входной напорной поверхности лопатки и выходной напорной поверхности лопатки имеет серьезные следы трения твердых частиц, особенно входная напорная поверхность лопатки имеет большую площадь точек кавитации. Местоположение и степень повреждения в основном соответствуют фактическому повреждению рабочего колеса крыльчатого санитарного насоса главного нагнетательного трубопровода в угольной шахте, а степень повреждения лучше, чем при отсутствии кавитации. В эксперименте с чистой водой при условии 2 следов износа не обнаружено, только точки кавитации. Степень кавитации значительно меньше, чем у песчаной воды, что свидетельствует о том, что минеральная вода, содержащая частицы песка, расширяет диапазон кавитации. Видно, что при одних и тех же условиях текучей среды ущерб при возникновении кавитации более серьезен, чем при отсутствии кавитации; При одинаковых условиях кавитации разрушения в среде с твердыми частицами более серьезны, чем при отсутствии твердых частиц. Таким образом, кавитация является основной причиной повреждения рабочего колеса санитарного лопастного насоса главного сброса угольных шахт. Устранение кавитации может снизить ущерб санитарному крыльчатому насосу, а устранение твердых частиц в воде может снизить ущерб в еще большей степени. Результаты эксперимента показывают, что, хотя мы не уверены, связана ли кавитация с размером твердых частиц, можно подтвердить объективное существование разрушительного эффекта.

4. Контрмеры и заключение
Из вышеприведенных экспериментов мы можем узнать, что снижение давления является условием возникновения кавитации, а быстрое схлопывание большого количества пузырьков в воде является внутренней причиной кавитации. Таким образом, для улучшения и снижения кавитационного разрушения рабочего колеса санитарного пластинчато-роторного насоса на главном сливе угольных шахт необходимо провести усовершенствования по следующим двум направлениям:

(1) Проектирование и производство. 1) Изменить конструкцию формы рабочего колеса и оптимизировать конструктивные параметры рабочего колеса для улучшения внешних условий кавитации; 2) Лопасти и другие детали, через которые протекает вода, должны быть изготовлены из материалов с хорошей кавитационной стойкостью; 3) Уменьшить потерю давления ∑h всасывающей трубы, система всасывающей трубы включает в себя донный клапан, водяной фильтр, трубопровод, колено и т. д., так что конструкция установки этих частей является разумной для уменьшения потерь, что также является важным способом уменьшения явления кавитации санитарных пластинчато-роторных насосов; 4) Уменьшите запас по кавитации, требуемый самим насосом. Для этого можно соответствующим образом увеличить диаметр всасывающего отверстия крыльчатки ручного уровня или использовать бездонный клапан для слива.
(2) Использование: 1) В условиях, допускаемых установкой, постарайтесь уменьшить высоту всасывания воды насосом. Это обеспечивает больший запас по кавитации во время работы насоса. Как правило, высота установки должна составлять от 2 до 3,5 м, чтобы уменьшить кавитацию насоса. 2) Уменьшить плотность колодезной воды. Шахтные воды, содержащие угольную пыль и шлам, перед откачкой необходимо подвергать очистке методом отстаивания с целью снижения плотности шахтных вод и уменьшения кавитации насосов. 3) Уменьшить средний расход воды на всасывающем отверстии насоса.