延長中煤榆林能化公司60萬t/a DMTO聯(lián)合裝置DMTO單元水洗塔底泵P1203，該泵為國外進(jìn)口的單級雙吸雙支撐徑向剖分BB2結(jié)構(gòu)泵，軸承為滾動球軸承，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，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。到了擴(kuò)散部分才將一部分動能變成壓力能。泵在偏小流量運(yùn)行時，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
整體改進(jìn)方案
針對這一情況，我們改變傳統(tǒng)蝸殼式離心泵設(shè)計理念，設(shè)計帶有擴(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)壓功能通過導(dǎo)葉擴(kuò)壓器承擔(dān)，高速液流通過導(dǎo)葉擴(kuò)壓器擴(kuò)壓后進(jìn)入泵殼，流速已降低，不再對泵殼造成沖刷，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，既大大延長了耐磨零件的使用壽命，又可通過打磨等手段提高擴(kuò)壓器和泵殼表面的光潔度來提高泵的效率。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
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，到了擴(kuò)散部分會將一部分動能變成壓力能，因此可以把導(dǎo)葉看作是在葉輪圓周安放的幾個蝸殼。
由于雙吸泵葉輪可以看做單獨(dú)兩個葉輪背靠背安裝，在設(shè)計雙吸泵擴(kuò)散器時，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設(shè)計，然后將對稱的導(dǎo)葉合起來。這樣設(shè)計的導(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
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。本文針對一臺典型的激冷水泵的蝸殼沖蝕問題，通過對蝸殼式壓出室改進(jìn)，將蝸殼式壓出室承受的兩種功能分離，有針對性地解決原泵壓出室磨損較快的問題。通過前文的分析，得到如下
結(jié)論。
（1）大流量帶顆粒的多相流對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）通過增加導(dǎo)葉擴(kuò)散器，配合環(huán)形壓出室提高動能向壓能轉(zhuǎn)換的效率，優(yōu)化了蝸殼內(nèi)的流動結(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問題具有普遍的指導(dǎo)意義，工程應(yīng)用價值顯著。
