风神轮胎高温循环水泵腐蚀现象

第32卷第2期河北理工大学学报(自然科学版)VoL. 32 No. 22010年5月Journal of Hebei Polytechnic University( Natural Science Edition)May. 2010文章编号:1674-0262(2010)02-0030-05风神轮胎高温循环水泵腐蚀现象李泉溪' ,银兵”,许根山(1.河南理工大学计算机科学与技术学院,河南焦作45403;2.河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作4003;3.3风神轮胎股份有限公司,河南焦作454003 )关键词:水泵;汽蚀;高温循环水;对策摘要:硫化是轮胎生产 工艺中极其重要的一个环节,高压过热水的供给对其硫化至关重要。高温循环水泵的稳定运行则是最基本的保障,但在实际生产过程中水泵却极易发生腐蚀造成系统不稳定。对风神轮胎股份有限公司的现场高温水泵叶片腐蚀情况和水质进行了研究,通过伯努利方程等对高温循环水泵汽蚀现象进行了定型分析,提出采用PID算法控制除氧器水压来减小或避免叶片腐蚀的发生。中图分类号:TH 117.1文献标志码:A0引言河南风神轮胎集团是全国有名的轮胎生产企业,随着经济高速发展企业的规模不断壮大,以前-些系统的小缺陷随着规模的壮大也突显出来,成了生产工艺的主要矛盾。在硫化系统中高温循环水泵的汽蚀就是一个重要的表现。在轮胎的硫化过程中高压过热水的稳定供给极重要,在其完整的闭路环循环系统中,热水循环泵如同人体的心脏不可出现故障。但是,实际的情况难免意外,汽蚀不仅造成水泵的损伤,尤其能导致循环系统产生大的压力波动,甚至顿时失压对其硫化期间的轮胎造成致命的伤害。所以对汽蚀的研究则刻不容缓。通过对现场的调查,高温循环水呈现出弱酸性且水泵叶片的使用寿命大大缩短。在使用不到一一个月的时间就不得不更换新叶轮。这无形中给企业利润造成重大的损失。本文接合实际情况对汽蚀做了理论的研究并对企业提出- -些避免汽蚀的方法1泵汽蚀现象分析1.1水泵汽蚀定性分析水泵在运转时,水沿着吸水管进人吸人室水流入叶轮。水在流动的过程中由于速度的增加和势能的提高及克服阻力,水流的压力越来越低。当水流流到水泵的某-位置时,水流的压力已经下降至水的饱和压力时则水流开始汽化，溶解于水中的汽体同时逸出,形成蒸汽或汽体泡。充满着蒸汽和汽体泡的空泡很快胀大并在压力较高点迅速凝缩、溃灭。空泡溃灭时,水以高速填补空泡的位置。水流彼此发生撞击形成局部水击,压力可达数千万帕。同时,逸出的汽体中的氧汽,藉助空泡凝缩时放出的热量,对材料产生化学腐蚀。若这种现象发生在泵的过流部件.上则将造成过流部件的损坏,同时造成泵出水压力波动,严重时失压(2)。.水泵腐蚀主要是由于汽蚀所造成。通过对现场分析,水泵发生汽蚀的原因有如下几种情况:(1)供人除氧器的蒸汽压突然降低。(2)供入除氧器的蒸汽温度突然降低。中国煤化工(3)大量地向除氧器中补充低温的凉水。MHCNMHG收稿日期2009-10-09第2期李泉溪,等:风神轮胎高温循环水泵腐蚀现象31(4)硫化车间用水量突然加大。(5)泵出水口以外直至循环回除氧器管网中管路阻力突然大幅度减小。(6)整个循环水中存在杂质或微小固体颗粒。若在使用过程中出现以上某些情况都将使高温循环水泵发生汽蚀。1.2高 温循环水泵汽蚀现象定性分析泵的吸上真空高度是泵是否发生汽蚀的一一个重要因素。在高温循环水系统中合理确定除氧器的高度是必要的。图1为风神轮胎厂高温循环水除氧加热示意图。补水蒸汽硫化/2车间H除氧器丁)热水泵图1高温循环水除氧加热系统在图1中,取水泵人口为“1-1”,除氧器内液面为“2- -2”。设除氧器的高度为Hg。列液面及泵人口“1--1”截面的伯努利方程"p-pg+z-H,+h.(1)式中: .P除氧器液面压力,Pa;泵吸人口压力,Pa;泵吸人口处液体的平均流速,m/s;-*1-1"面到“2--- -2”面的高度,m;h.- -液体从除 氧器中吸人液面到泵人口处的管网阻力损失,m。通过以上方程可计算得到除氧器的安装高度,在实际应用中为了保证离心泵运转的可靠性,除氧器的几何安装高度应该以离心泵运行时可能出现的最大工况流量进行计算,-般规定留0.3 m的安全量。即有方程2计算得到。这样才能大大的降低泵运转时产生汽泡的可能性。-Hg=H,-(号+h.) .(2)但只知除氧器的安装高度是远远不够的,要研究泵的汽蚀问题,还应该分析泵的自身的情况。有效汽蚀余量称为装置汽蚀余量,它表示在泵吸人口处单位重量的液体所具有的超过饱和蒸汽压力的富裕能量,用NPSHa表示(方程3),它反应汽蚀的可能性。当有效汽蚀余量越在则出现汽蚀的可能性不会太大。NPSHa =B兰_P.(3)pg 2g pg式中p,--液体的饱和蒸汽压力 ,Pa。由方程1和方程3得方程4中国煤化工.CYHCNMHG(4)g2gP对NPSHa可看出有效汽蚀余量由泵吸人侧管路系统决定,即吸人液面压力、温度还有除氧器的安装高32河北理工大学学报(自然科学版)第32卷度。它与泵本身无关。有效汽蚀余量的大或小并不能说明泵是否产生汽泡,发生汽蚀。因为泵吸人口处的液体压力并不是泵内最低处的液体压力。若液体从泵吸人中流至叶轮进口的过程中,能量没有增加,但它的压力却还要续继降‘低。这样就可能产生汽泡发生汽蚀。基于以上分析则引入必需汽蚀余量,用NPSHr表示(方程5)。它表示单位液体从泵吸人口流至叶轮片进口压力最低处的压力降落量。NPSHr = m照+n照(5)no-叶片 进口边稍前的液体绝对速度.m/s。w,-叶片进口前压力最低处液流的相对速度,m/s。分析有效汽蚀余量与必需汽蚀余量可知,NPSHa与NPSHr虽有着本质区别,但却存在不可分割的联系。欲使泵不产生汽泡,就要使有效汽蚀余量大于必需汽蚀余量。有效汽蚀余量在吸人管路系统确定后,它随流量增大而降低。必需汽蚀余量在吸入叶轮入口形状已定的情况下,它随流量的增大而升高。在同- -坐标系做图两条曲线交于A点,(如图2所示)。A点是汽蚀界限点，称为汽蚀临界状态点记为NPSHc。交点A左边的区域NPSHa > NPSHr是泵的安全工作区域。右边则为泵的不安全工作区因为NPSHa >NPSHr为了保证泵工作时不发生汽蚀,必须做到NPSHa > NPSHr。在工程中还得放-个安全余量- 般取NPSH=NPSHc+K。其中:NPSH一-允许汽蚀余量;K---汽蚀安全余量。 必需超过10% NPSHr,各种情况下不得小于0.5m。H--qvNPSHa一qvNPSHr - -qvqv ,mx圉2 NPSHa 与NPSHr关系2预防和减少汽蚀的对策通过以上分析可知,在系统中引起水泵汽蚀的主要原因是除氧器内的压力发生突然变化。由于硫化车间无规律使用水使进水口不能及时补充水量,致除氧器中的压力有较大波动。为了减小泵叶片的汽蚀,在使用中必须保证除氧器中的压力在安全线以上并有一定的安全余量。我们提出以AT89C52单片机为控制器'$] ,在除氧器内安装压力传感器。主要通过调节进水口处的电机转速来保证水压处于安全线以上。图3给出了硬件系统结构图,单片机对采集到的数据进行处理并显示当前的压力值和控制参数。因为系统参数多变,所以可通过键盘人为的跟据情况进行PID参数设定和校正4。最后调节电机的电流大小来控制进水量以保证压力充足。系统的关键是软件设计,本系统采用PID控制算法[]。控制电机示压力传感HTHt||单器A/D转换H键中国煤化工图3系统硬件框.IYHCNMHG第2期李泉溪,等:风神轮胎高温循环水泵腐蚀现象33由于系统的性能不是要求很高在此采用增量式数字PID控制算法,增量式PID控制是指数字控制器的输出只是控制量的增量Au(k) , 如方程6所示。具体软件流程图如图4所示。Qu(k) = k,(e(k) -e(k-1)) +hkje(k) +kg(e(k) -2e(k-1) +e(h-2))当压力差大时利用- - 直接通或- -直 关晰的开关控制迅速减小压力差以缩小调节时间,当压力差小于某- -值后则采用增量式PID控制,以使系统快速结束过渡过程,这样,由于PID控制在较小压力差时开始进入，可以有效的避免饱和的同时加快调节速度。并在运行中通过接入按键在线修正PID参数,增加了系统的智能程度。风神轮胎高温循环水硫化系统中泵的腐蚀现象我们还可以从以下几个方面去监测与控制。(1)减小用水流量增长率,即减少硫化机各硫化罐同时使用台数。(2)提高补水水源水温,使除氧器内水温恒定。(3)在保证最有效除氧换热效果前提下,除氧器液位控制点尽量设高。(4)安装前置泵和过滤设备或选用抗汽蚀性能好的材料做叶轮或过流部件。开始↓系统初始化系统恒压值和扫描参数键是否按?PID参数设定↓N采集并处理显示当前压力N是否到IS?输出控制量图4程序流程图3结束语汽泡对液压系统的危害非常大,主要表现就是汽蚀。但汽泡产生的途径比较复杂。要完全消除和避免气泡对泵叶片的汽蚀是不可能的，也是不现实的。在液压系统中我们只有根据现场的情况尽可能的采取有效的技术手段加以防范和改进,把其危降低到最低程度。参考文献:[1] 杨诗成,王喜魁.泵与见机[ M].北京:中国电力出版社,00.[2] 贾月梅.液体力学[ M].北京:国防工业出版社,006.[3]伍悦滨,朱蒙生. 工程流体力学泵与风机[M].北京:化学工业出版社.006.[4] 刘豹,唐万生.现代控制理论[ M].北京:机械工业出版杜,0069.[5] 赵建领. 51系列单片机开发宝典[M].北京:电子工业出版社,007,4.中国煤化工[6]刘海威. AVR单片机原理及测控工程应用[ M].北京:北京航空航天大学MYHCNMHG.34河北理工大学学报(自然科学版)第32卷The Research of the Corrosion of Feng Sheng tire High-temperature Circulating PumpsLI Quan-xi' ,YIN-bing2 ,XU Gen-shan'(1. School of Computer Science &Technology. Henan Polytechnic University ,Jiaozuo Henan 454000，China;2. School of Elecrical Engineering & Automation. Henan Poltechnic University ,Jiaozuo Henan 454000 , China;3. FengShen tire Co. ,Ltd ,Jiaozuo Henan 454000 ,China)Key words :water _pump ;cavitation ; high-temperature circulating water; methodsAbstract: The desulfurization of tire is an extremely important process of making tire. High atmospheric pressureand temperature water is very important to the desulfurization of tire. The stable operation ensures water-pump oper-ate safely , but the water-pump which is corroded easily make the system instable in the actual production process. Inthis paper , the scene of high-temperature corrosion of pumps and the water quality of the leaves in FengShen tireCo. ,Ltd. have been studied , and make anaysis to the high-temperature circulating water pump cavitation phenomenathrough the Bernoulli equation. In the end, the paper points out that by using PID algorithm to control the deaeratorpressure to reduce and avoid the occurrence of blade corrosion.(上接第25页)Numerical Simulation Rearch on ExtrusioningForce of Open-die Cold Extrusion of TubesZHOU Xiang, MENG Xian-ju(College of Mechanical Engineering, Hebei Polytechnic University ,Tangshan Hebei 063009 China)Key words :extrusioning force;parameters ;open- die cold extrusionAbstract:In the tubing extrusion process , the extrusion pressure plays important role in forming the work piec. By u-sing finite element software Deform-3D to carry on the simulation analysis , the paper has discussed the infuence ofeach parameter to the extrusion pressure in the press forming process , so as to achieve the goal of optimizing parame-ter.中国煤化工MYHCNMHG