延長(zhǎng)中煤榆林能化公司60萬(wàn)t/a DMTO聯(lián)合裝置DMTO單元水洗塔底泵P1203，該泵為國(guó)外進(jìn)口的單級(jí)雙吸雙支撐徑向剖分BB2結(jié)構(gòu)泵，軸承為滾動(dòng)球軸承，其參數(shù)如下：
介質(zhì)：水（催化劑含量30 ppm）； 溫度：T=85 ℃；
流量：Q=1 817m3/h；
揚(yáng)程：H=110 m；
必須氣蝕余量：NPSH r=4.2 m；
效率η=82%；
轉(zhuǎn)速：n=1 489r/min；
電機(jī)功率 P=800 kW；
圖1 泵殼壓出室
圖2 泵殼吸入室
該裝置運(yùn)行兩年后，在檢修的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)泵殼壓出室沖刷得比較厲害（圖1），隔舌部位由于沖刷原因形成了缺口，泵蓋也出現(xiàn)了明顯的凹坑，但泵殼的吸入室及進(jìn)出口管道內(nèi)表面光潔，沒(méi)有明顯沖刷痕跡（圖2、圖3）。
由于該泵的介質(zhì)流為高溫、高壓、含氣/液/固三相水，存在著大量的H、S、CN-和NH+等離子，在葉輪出口介質(zhì)流速較高，線速度46.8 m/s，這一線速度進(jìn)入到蝸殼里，速度會(huì)有所降低，但含有顆粒的介質(zhì)沖擊到蝸殼式壓出室內(nèi)壁后，會(huì)造成蝸殼內(nèi)壁金屬連續(xù)不斷的脫落及腐蝕，最終造成泵壓出室的損壞。
問(wèn)題剖析
（1）在轉(zhuǎn)速一定的情況下，葉輪的外徑越大，葉輪邊緣的線速度越大。該泵葉輪直徑達(dá)到600 mm，液體從葉輪流出后，進(jìn)入蝸殼壓出室，當(dāng)忽略液體粘性摩擦力時(shí)，這種液流不受任何外力作用，應(yīng)遵從速度矩保持性定理。粗略計(jì)算，在蝸殼壓出室上的線速度V=30 m/s，含有顆粒的介質(zhì)連續(xù)不斷沖擊泵殼，金屬晶體容易松動(dòng)并脫落。
（2）蝸殼式壓出室固定在葉輪出口的外面，前段只起收集液體的作用，液體在此段作勻速運(yùn)動(dòng)。到了擴(kuò)散部分才將一部分動(dòng)能變成壓力能。泵在偏小流量運(yùn)行時(shí)，部分帶有雜質(zhì)及腐蝕性介質(zhì)在蝸殼內(nèi)循環(huán)，這一循環(huán)加重了蝸殼的磨損。
圖3 泵吸入口
改進(jìn)設(shè)計(jì)
整體改進(jìn)方案
針對(duì)這一情況，我們改變傳統(tǒng)蝸殼式離心泵設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)帶有擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)的雙支撐雙吸泵（圖4），該結(jié)構(gòu)可以看作是在葉輪圓周安放的幾個(gè)蝸殼，多相介質(zhì)速度分布均勻。而且從結(jié)構(gòu)上把渦殼的收集、擴(kuò)壓功能和承壓功能分離，收集、擴(kuò)壓功能通過(guò)導(dǎo)葉擴(kuò)壓器承擔(dān)，高速液流通過(guò)導(dǎo)葉擴(kuò)壓器擴(kuò)壓后進(jìn)入泵殼，流速已降低，不再對(duì)泵殼造成沖刷，泵殼只承擔(dān)承壓功能。
由于功能的分離，泵殼的選材主要從承壓的角度考慮。而葉輪、導(dǎo)葉擴(kuò)壓器和襯板這些與高速液流接觸的相關(guān)零件采用耐磨材料加工，根據(jù)介質(zhì)組分及含顆粒濃度的不同選用適宜的材料并進(jìn)行嚴(yán)格處理，既大大延長(zhǎng)了耐磨零件的使用壽命，又可通過(guò)打磨等手段提高擴(kuò)壓器和泵殼表面的光潔度來(lái)提高泵的效率。維修也極為方便，磨損后更換備件即可，不必返修加工，這樣將大大降低設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，關(guān)鍵是大大提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性、安全性。
雙吸泵擴(kuò)散器的葉片設(shè)計(jì)
導(dǎo)葉擴(kuò)散器固定在葉輪出口的外面，起收集液體的作用，液體在此段作勻速矩運(yùn)動(dòng)，到了擴(kuò)散部分會(huì)將一部分動(dòng)能變成壓力能，因此可以把導(dǎo)葉看作是在葉輪圓周安放的幾個(gè)蝸殼。
由于雙吸泵葉輪可以看做單獨(dú)兩個(gè)葉輪背靠背安裝，在設(shè)計(jì)雙吸泵擴(kuò)散器時(shí)，為了減小導(dǎo)葉擴(kuò)散器徑向尺寸，先按照該泵額定流量的一半來(lái)設(shè)計(jì)，然后將對(duì)稱(chēng)的導(dǎo)葉合起來(lái)。這樣設(shè)計(jì)的導(dǎo)葉入口及出口為矩形，而不是傳統(tǒng)導(dǎo)葉的正方形（圖4可明顯看出導(dǎo)葉葉片進(jìn)出口軸向尺寸比徑向尺寸大）。
圖4 帶擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)的雙支撐水洗水泵
結(jié)語(yǔ)
水洗水泵的運(yùn)行特點(diǎn)是流量大、介質(zhì)復(fù)雜，蝸殼易磨損。本文針對(duì)一臺(tái)典型的激冷水泵的蝸殼沖蝕問(wèn)題，通過(guò)對(duì)蝸殼式壓出室改進(jìn)，將蝸殼式壓出室承受的兩種功能分離，有針對(duì)性地解決原泵壓出室磨損較快的問(wèn)題。通過(guò)前文的分析，得到如下
結(jié)論。
（1）大流量帶顆粒的多相流對(duì)蝸殼壁面和隔舌沖蝕的根本原因是葉輪流出的介質(zhì)流速高。在速度矩相同的情況下，到達(dá)蝸殼壁上的速度高，介質(zhì)中顆粒連續(xù)沖擊金屬表面，金屬表面因局部疲勞而產(chǎn)生脫落，最終形成蝸殼沖刷破壞。
（2）通過(guò)增加導(dǎo)葉擴(kuò)散器，配合環(huán)形壓出室提高動(dòng)能向壓能轉(zhuǎn)換的效率，優(yōu)化了蝸殼內(nèi)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，降低了環(huán)形壁面處的顆粒速度，避免了固體顆粒對(duì)泵殼的沖擊，從而提高泵的使用壽命。
（3）擴(kuò)散器的附加優(yōu)點(diǎn)是提高了泵的效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。綜上，本文的研究對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域水洗水泵殼體沖刷、含有大量固體顆粒的離心泵泵殼的沖刷這一類(lèi)問(wèn)題具有普遍的指導(dǎo)意義，工程應(yīng)用價(jià)值顯著。
