裝卸鶴管氣阻與泵汽蝕分析具體說明
裝卸鶴管氣阻與泵汽蝕分析具體說明，裝卸鶴管氣阻與泵汽蝕所指的對象不同，但兩者具有相同的物理意義，都是指當液體介質的絕對壓力小于其實時飽和蒸氣壓時所體現(xiàn)的物理現(xiàn)象。闡述了裝卸鶴管氣阻的原因及目前解決的措施，分析了離心泵汽蝕方程的物理意義。根據(jù)能量平衡方程，推導出吸入系統(tǒng)管道不發(fā)生氣阻的安裝高度方程，并與泵不發(fā)生汽蝕的安裝高度方程進行了對比分析。后得出結論，要保證離心泵正常工作，必須同時滿足吸入系統(tǒng)工藝管道安裝高度要求以及泵安裝高度要求。
1裝卸鶴管氣阻
1.1氣阻
在管輸工藝中，氣阻通常指管道輸送液體介質時，由于輸送介質的氣化現(xiàn)象，形成氣液兩相流動，并造成不連續(xù)流或斷流的現(xiàn)象。在鐵路油槽車上部卸油工藝中，泵吸入系統(tǒng)處于負壓工作狀態(tài)(潛油泵裝卸鶴管除外),當液體介質的絕對壓力小于其實時飽和蒸氣壓時，液體蒸氣充滿整個管道截面積，發(fā)生氣阻，氣阻嚴重時導致斷流而無法卸油。
1.2裝卸鶴管氣阻的原因
液體性質是裝卸鶴管氣阻的內因。車用汽油、航空汽油等輕質油品，餾程溫度低，分子量小，氣化能力強，飽和蒸氣壓高，是造成裝卸鶴管氣阻的直接原因。
環(huán)境溫度是裝卸鶴管氣阻的外部原因。隨著環(huán)境溫度升高，油品的溫度隨之升高，油品氣化能力增強，飽和蒸氣壓提高。工藝特點是裝卸鶴管氣阻的另一個外部原因。鐵路油槽車上部卸油工藝流程中，裝卸鶴管處于翻越段(點),液體經過翻越段時不僅要克服摩阻損失，而且要克服翻越段相對油槽車液面的高差位能。因此，裝卸鶴管是泵吸入系統(tǒng)中發(fā)生氣阻的關鍵部位。
1.3裝卸鶴管氣阻的解決措施
目前，用于克服裝卸鶴管氣阻的設備或方法有潛油泵裝卸鶴管、分層卸油裝置、油槽車密閉充氣加壓工藝、冷卻法及改造鐵路輕油槽車等。其中潛油泵裝卸鶴管能較好地消除裝卸鶴管氣阻，得到推廣使用，其它方法由于工藝配套不完善、技術不成熟以及效果不明顯、技術措施無法實現(xiàn)等原因，難以推廣使用。
2泵汽蝕
2.1汽蝕
當離心泵葉輪入口的液體壓力小于液體的飽和蒸氣壓時，液體開始氣化，出現(xiàn)蒸氣；同時在負壓狀態(tài)下溶解在液體中的氣體也相繼逸出，形成大量小氣泡。當這些小氣泡隨液體進入葉輪高壓區(qū)時，便會在葉片表面附近被壓破而重新凝結，液體質點就象無數(shù)小彈頭一樣，連續(xù)打擊在葉片表面上。這種高速沖擊，速度很快，頻率又高，葉片表面因疲勞破壞而形成機械剝蝕。若在氣泡內還夾雜有活潑性氣體(如氧等),它們借助氣泡凝結時所放出的熱量，對葉片起化學腐蝕作用。這種液體的氣化、凝結、沖擊和腐蝕的綜合現(xiàn)象稱為泵的汽蝕。
離心泵開始發(fā)生汽蝕時，汽蝕區(qū)域較小，對泵的正常工作沒有明顯的影響。但當汽蝕發(fā)展到一定程度時，氣泡大量產生，泵內液體的流動連續(xù)性遭到破壞，使泵發(fā)生振動和噪音，同時泵的流量、揚程和效率明顯下降，直至泵“抽空”斷流。
2.2汽蝕方程
液體由泵入口至葉輪出口，壓力低的部位位于葉輪入口稍后的非工作面的K點(或K截面)處，如圖1所示。液體流過K點后，在葉片的作用下，液體的能量增加，壓力逐步提高。因此，只要葉輪內低壓力處(K點，或K截面)的絕對壓力不小于液體的實時飽和蒸氣壓，即可避免離心泵發(fā)生汽蝕。
由離心泵入口和葉輪內低壓力處列能量平衡方程式，整理可得：P?/r+Vg/2g-P/r=λ?ν6/2g+λ?i/2g(1)當K點壓力(p?)等于液體的實時飽和蒸氣壓(p?)時，離心泵發(fā)生汽蝕，可得汽蝕方程：P/r+vb/2g-P/r=λ?b/2g+λ?wi/2g(2)式(1)、(2)中，Pp——泵入口處的靜壓力，Pa;vp泵入口處液體的流速，m/s;w?——葉輪入口處液體的相對速度，m/s;λ,與葉輪入口幾何形狀有關的經驗參數(shù)，取1.0～1.4;λ,與液體在葉片頭部繞流的情況有關的經驗參數(shù)，取0.2～0.4;r——輸送液體的密度，kg/m3。式(2)左端稱為泵裝置有效汽蝕余量，表示單位質量液體在泵入口處所具有的超過液體氣化壓力的富余能量，記為△h�！鱤。的大小決定于泵裝置的操作條件(如泵吸入罐壓力、吸入管道水力損失、液體性質及液體溫度等),而與泵本身的結構尺寸無關�！鱤。值越大，離心泵抗汽蝕能力越強。式(2)右端稱為泵必須的小汽蝕余量，表示液流從泵入口到葉輪內低壓力處的全部能量損失，記為△h,。△h,與離心泵的吸入室和葉輪入口的幾何形狀以及泵的轉速和流量等因素有關�！鱤,是表征一臺泵本身抗汽蝕能力好壞的主要標志，也是泵的一個重要性能參數(shù)，其值越小，離心泵越不易發(fā)生汽蝕。
3裝卸鶴管氣阻與泵汽蝕的水力分析
3.1泵吸入管道不發(fā)生氣阻的安裝高度
如圖2所示的鐵路油槽車上部卸油工藝，由油槽車底部極限位置0—0截面與泵吸入管道任一點x—x截面列能量平衡方程：P/r+b/2g+Z?=p/r+2/2g+Z?+△h?-,(3)式中，pe——油槽車液面壓力，也即大氣壓力，Pa;v?——油槽車液面下降速度，可忽略；v,——計算點液體的流速，m/s;p?——為油槽車底部和管道計算點的標高，m;△h?-;——由裝卸鶴管吸入口至管道計算點的水力損失，m。圖2中，A、B、C分別為裝卸鶴管或管道的拐彎點，D為泵入口法蘭處。顯然，管道B點和D點易發(fā)生氣阻。
圖2鐵路油槽車上部卸油工藝示意圖
由式(3)可得管道計算點的絕對壓力：P/r=P/r+(Z?-Z)-v2/2g-△ho--(4)為保證泵吸入管道任一點不發(fā)生氣阻，計算點的絕對壓力應不小于液體的實時飽和蒸氣壓，也即P?/r≥P/r,代入式(4)可得泵吸入管道任一點不發(fā)生氣阻的安裝高度：(Z-Z?)≤(Pa-P?)/r-v2/2g-△ho-(5)
3.2泵不發(fā)生汽蝕的安裝高度
圖2鐵路油槽車上部卸油工藝示意圖離心泵不發(fā)生汽蝕的大安裝高度由下式確定21:AZ≤(P?-P?)/r-△h?-o-△h,(6)式(6)中，△Z——泵軸中心線至吸入液面的高度，m,正值表示泵軸中心線高于吸入液面，負值表示低于吸入液面；△h,——泵允許汽蝕余量，m。
4結論
1)式(6)與式(5)的區(qū)別在于，式(6)考慮了由泵入口至葉輪內低壓力處(K點)的能量損失(忽略速度頭),也即泵允許汽蝕余量△h,。
2)式(6)給出了泵不發(fā)生汽蝕的大安裝高度，并沒有考慮泵吸入系統(tǒng)的整個工藝特點如起伏變化或翻越段(點),因此，泵吸入管道任一點是否發(fā)生氣阻應由式(5)給出。
3)為保證離心泵正常工作，必須同時滿足泵吸入管道安裝高度要求及泵安裝高度要求。
