性工程的诞生已近半个世纪的历史,以电子产品性设计为先导的性工程已形成一门独立的学科。而对泵的性研究起步较晚,随着化工、航天和航海等场合对泵的性要求的提高,有关专家和学者已经开展了一些工作,即在性分析的基础上对水力兼容性、支撑结构、密封系统、蚀材料、轴向力平衡等方面采取了一些改进措施。
1、离心泵的性分析方法
计算离心泵性时可将离心泵看作一个系统,将离心泵分成叶轮、导轮(壳体)、轴、密封、轴承、联轴器、电机、螺栓、轴销或键等部件单元。对离心泵来说,如果上述任何一个单元或部件失效,离心泵就失效。因此离心泵与上述单元或部件组成了一个串联系统。
部件的性数据的来源为大量性试验和现场统计数据,但由于受时间和成本的限制,在很多情况下应从有关标准和相关资料中选取。由于化工设备性资料的缺乏,总是有一些零部件的性资料无法获得,这就需要研究人员利用相关资料和经验去估计。预测的方法主要有故障模式及影响分析法(FMEA)和故障树分析法(FTA)。
有了泵各个部件的性数据,可根据串联系统性的计算方法泵的性数据。
2、提性的途径
为了提高泵的性,就要设法延长泵的使用寿命,减少故障出现的可能性,显然,这些与水力设计、结构设计密切相关。
2.1、水力模型的改进
化工流程泵比转速较低,设计时为了获得较高的效率,容易出现驼峰型HQ曲线。为了提高泵运行的性,应设法HQ曲线上的驼峰。许多水泵科技工作者在这方面做了大量的理论分析与试验研究工作,诸如设置形成预旋的前导叶、减少叶片数、选取较小的叶片出口角、选取适当的叶轮出口宽度等。
研究表明,叶片数的减少对驼峰是很的,许多研究成果均推荐4~5片。但又有一些试验证明,叶片数少会增大叶片负荷,使初生汽蚀过早出现。为了初生汽蚀,叶轮叶片数不宜过少,《离心泵汽蚀判据选择和叶轮设计方法探讨》建议以6~7片为宜。
2.2、支撑结构的改进
泵的轴承把旋转部件保持在正确位置上,其大小能承受泵中产生的径向力和轴向力。通常对轴承选择未提出要求,但轴承结构中某些细节却能提高泵的性,例如,保持架的主要用途是防止相邻的两个滚动件直接接触摩擦生热,则应根据实际情况正确选用。
2.3、密封系统
轴封是影响泵性的主要部位。化工泵的传统式轴封结构主要有填料密封、机械密封、水力动力密封等。
填料密封由于结构简单、更换方便、价格便宜等优点而广泛用于各种化工泵上,但密封不,且功耗较大。机械密封密封效果好、功耗低,但安装拆卸不方便、价格昂贵。水力动力轴封实际上是水力动力轴封与停车轴封的结合,这种装置不需要经常维修,适合长时间连续运转。
传统式轴封结构并未从根本上解决轴封泄漏的本质问题。《化工离心泵的新结构研究》提出了一种新型轴封结构,解决了长期困扰化工离心泵轴封泄漏严重、轴及轴承寿命短这两大难题。《碱泵选型的改进》提出了另一种设计,即泵在碱介质中同样具有泄漏量少、寿命长的优点,使碱泵达到了无泄漏运转。
2.4、轴向力平衡装置
对于多级离心泵,如果不是等量叶轮相背布置来平衡轴向力,就有轴向力平衡装置,不是平衡鼓,就是平衡盘。根据调查显示平衡鼓的故障率较小,不过采用平衡盘同样也能性。
另外,建议平衡盘的设计承载能力好要有充分的裕量,以满足密封环发生磨损后作用在叶轮上的轴向力逐渐增长的需要。