第32卷第2期河北理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)VoL. 32 No. 22010年5月Journal of Hebei Polytechnic University( Natural Science Edition)May. 2010文章編號:1674-0262(2010)02-0030-05風(fēng)神輪胎高溫循環(huán)水泵腐蝕現(xiàn)象李泉溪' ,銀兵”,許根山(1.河南理工大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,河南焦作45403;2.河南理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院,河南焦作4003;3.3風(fēng)神輪胎股份有限公司,河南焦作454003 )關(guān)鍵詞:水泵;汽蝕;高溫循環(huán)水;對策摘要:硫化是輪胎生產(chǎn) 工藝中極其重要的一個環(huán)節(jié),高壓過熱水的供給對其硫化至關(guān)重要。高溫循環(huán)水泵的穩(wěn)定運(yùn)行則是最基本的保障,但在實(shí)際生產(chǎn)過程中水泵卻極易發(fā)生腐蝕造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。對風(fēng)神輪胎股份有限公司的現(xiàn)場高溫水泵葉片腐蝕情況和水質(zhì)進(jìn)行了研究,通過伯努利方程等對高溫循環(huán)水泵汽蝕現(xiàn)象進(jìn)行了定型分析,提出采用PID算法控制除氧器水壓來減小或避免葉片腐蝕的發(fā)生。中圖分類號:TH 117.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A0引言河南風(fēng)神輪胎集團(tuán)是全國有名的輪胎生產(chǎn)企業(yè),隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展企業(yè)的規(guī)模不斷壯大,以前-些系統(tǒng)的小缺陷隨著規(guī)模的壯大也突顯出來,成了生產(chǎn)工藝的主要矛盾。在硫化系統(tǒng)中高溫循環(huán)水泵的汽蝕就是一個重要的表現(xiàn)。在輪胎的硫化過程中高壓過熱水的穩(wěn)定供給極重要,在其完整的閉路環(huán)循環(huán)系統(tǒng)中,熱水循環(huán)泵如同人體的心臟不可出現(xiàn)故障。但是,實(shí)際的情況難免意外,汽蝕不僅造成水泵的損傷,尤其能導(dǎo)致循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生大的壓力波動,甚至頓時失壓對其硫化期間的輪胎造成致命的傷害。所以對汽蝕的研究則刻不容緩。通過對現(xiàn)場的調(diào)查,高溫循環(huán)水呈現(xiàn)出弱酸性且水泵葉片的使用壽命大大縮短。在使用不到一一個月的時間就不得不更換新葉輪。這無形中給企業(yè)利潤造成重大的損失。本文接合實(shí)際情況對汽蝕做了理論的研究并對企業(yè)提出- -些避免汽蝕的方法1泵汽蝕現(xiàn)象分析1.1水泵汽蝕定性分析水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時,水沿著吸水管進(jìn)人吸人室水流入葉輪。水在流動的過程中由于速度的增加和勢能的提高及克服阻力,水流的壓力越來越低。當(dāng)水流流到水泵的某-位置時,水流的壓力已經(jīng)下降至水的飽和壓力時則水流開始汽化，溶解于水中的汽體同時逸出,形成蒸汽或汽體泡。充滿著蒸汽和汽體泡的空泡很快脹大并在壓力較高點(diǎn)迅速凝縮、潰滅?？张轁鐣r,水以高速填補(bǔ)空泡的位置。水流彼此發(fā)生撞擊形成局部水擊,壓力可達(dá)數(shù)千萬帕。同時,逸出的汽體中的氧汽,藉助空泡凝縮時放出的熱量,對材料產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。若這種現(xiàn)象發(fā)生在泵的過流部件.上則將造成過流部件的損壞,同時造成泵出水壓力波動,嚴(yán)重時失壓(2)。.水泵腐蝕主要是由于汽蝕所造成。通過對現(xiàn)場分析,水泵發(fā)生汽蝕的原因有如下幾種情況:(1)供人除氧器的蒸汽壓突然降低。(2)供入除氧器的蒸汽溫度突然降低。中國煤化工(3)大量地向除氧器中補(bǔ)充低溫的涼水。MHCNMHG收稿日期2009-10-09第2期李泉溪,等:風(fēng)神輪胎高溫循環(huán)水泵腐蝕現(xiàn)象31(4)硫化車間用水量突然加大。(5)泵出水口以外直至循環(huán)回除氧器管網(wǎng)中管路阻力突然大幅度減小。(6)整個循環(huán)水中存在雜質(zhì)或微小固體顆粒。若在使用過程中出現(xiàn)以上某些情況都將使高溫循環(huán)水泵發(fā)生汽蝕。1.2高 溫循環(huán)水泵汽蝕現(xiàn)象定性分析泵的吸上真空高度是泵是否發(fā)生汽蝕的一一個重要因素。在高溫循環(huán)水系統(tǒng)中合理確定除氧器的高度是必要的。圖1為風(fēng)神輪胎廠高溫循環(huán)水除氧加熱示意圖。補(bǔ)水蒸汽硫化/2車間H除氧器丁)熱水泵圖1高溫循環(huán)水除氧加熱系統(tǒng)在圖1中,取水泵人口為“1-1”,除氧器內(nèi)液面為“2- -2”。設(shè)除氧器的高度為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除氧器液面壓力,Pa;泵吸人口壓力,Pa;泵吸人口處液體的平均流速,m/s;-*1-1"面到“2--- -2”面的高度,m;h.- -液體從除 氧器中吸人液面到泵人口處的管網(wǎng)阻力損失,m。通過以上方程可計算得到除氧器的安裝高度,在實(shí)際應(yīng)用中為了保證離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性,除氧器的幾何安裝高度應(yīng)該以離心泵運(yùn)行時可能出現(xiàn)的最大工況流量進(jìn)行計算,-般規(guī)定留0.3 m的安全量。即有方程2計算得到。這樣才能大大的降低泵運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生汽泡的可能性。-Hg=H,-(號+h.) .(2)但只知除氧器的安裝高度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,要研究泵的汽蝕問題,還應(yīng)該分析泵的自身的情況。有效汽蝕余量稱為裝置汽蝕余量,它表示在泵吸人口處單位重量的液體所具有的超過飽和蒸汽壓力的富裕能量,用NPSHa表示(方程3),它反應(yīng)汽蝕的可能性。當(dāng)有效汽蝕余量越在則出現(xiàn)汽蝕的可能性不會太大。NPSHa =B蘭_P.(3)pg 2g pg式中p,--液體的飽和蒸汽壓力 ,Pa。由方程1和方程3得方程4中國煤化工.CYHCNMHG(4)g2gP對NPSHa可看出有效汽蝕余量由泵吸人側(cè)管路系統(tǒng)決定,即吸人液面壓力、溫度還有除氧器的安裝高32河北理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第32卷度。它與泵本身無關(guān)。有效汽蝕余量的大或小并不能說明泵是否產(chǎn)生汽泡,發(fā)生汽蝕。因?yàn)楸梦丝谔幍囊后w壓力并不是泵內(nèi)最低處的液體壓力。若液體從泵吸人中流至葉輪進(jìn)口的過程中,能量沒有增加,但它的壓力卻還要續(xù)繼降‘低。這樣就可能產(chǎn)生汽泡發(fā)生汽蝕?；谝陨戏治鰟t引入必需汽蝕余量,用NPSHr表示(方程5)。它表示單位液體從泵吸人口流至葉輪片進(jìn)口壓力最低處的壓力降落量。NPSHr = m照+n照(5)no-葉片 進(jìn)口邊稍前的液體絕對速度.m/s。w,-葉片進(jìn)口前壓力最低處液流的相對速度,m/s。分析有效汽蝕余量與必需汽蝕余量可知,NPSHa與NPSHr雖有著本質(zhì)區(qū)別,但卻存在不可分割的聯(lián)系。欲使泵不產(chǎn)生汽泡,就要使有效汽蝕余量大于必需汽蝕余量。有效汽蝕余量在吸人管路系統(tǒng)確定后,它隨流量增大而降低。必需汽蝕余量在吸入葉輪入口形狀已定的情況下,它隨流量的增大而升高。在同- -坐標(biāo)系做圖兩條曲線交于A點(diǎn),(如圖2所示)。A點(diǎn)是汽蝕界限點(diǎn)，稱為汽蝕臨界狀態(tài)點(diǎn)記為NPSHc。交點(diǎn)A左邊的區(qū)域NPSHa > NPSHr是泵的安全工作區(qū)域。右邊則為泵的不安全工作區(qū)因?yàn)镹PSHa >NPSHr為了保證泵工作時不發(fā)生汽蝕,必須做到NPSHa > NPSHr。在工程中還得放-個安全余量- 般取NPSH=NPSHc+K。其中:NPSH一-允許汽蝕余量;K---汽蝕安全余量。 必需超過10% NPSHr,各種情況下不得小于0.5m。H--qvNPSHa一qvNPSHr - -qvqv ,mx圉2 NPSHa 與NPSHr關(guān)系2預(yù)防和減少汽蝕的對策通過以上分析可知,在系統(tǒng)中引起水泵汽蝕的主要原因是除氧器內(nèi)的壓力發(fā)生突然變化。由于硫化車間無規(guī)律使用水使進(jìn)水口不能及時補(bǔ)充水量,致除氧器中的壓力有較大波動。為了減小泵葉片的汽蝕,在使用中必須保證除氧器中的壓力在安全線以上并有一定的安全余量。我們提出以AT89C52單片機(jī)為控制器'$] ,在除氧器內(nèi)安裝壓力傳感器。主要通過調(diào)節(jié)進(jìn)水口處的電機(jī)轉(zhuǎn)速來保證水壓處于安全線以上。圖3給出了硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,單片機(jī)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示當(dāng)前的壓力值和控制參數(shù)。因?yàn)橄到y(tǒng)參數(shù)多變,所以可通過鍵盤人為的跟據(jù)情況進(jìn)行PID參數(shù)設(shè)定和校正4。最后調(diào)節(jié)電機(jī)的電流大小來控制進(jìn)水量以保證壓力充足。系統(tǒng)的關(guān)鍵是軟件設(shè)計,本系統(tǒng)采用PID控制算法[]。控制電機(jī)示壓力傳感HTHt||單器A/D轉(zhuǎn)換H鍵中國煤化工圖3系統(tǒng)硬件框.IYHCNMHG第2期李泉溪,等:風(fēng)神輪胎高溫循環(huán)水泵腐蝕現(xiàn)象33由于系統(tǒng)的性能不是要求很高在此采用增量式數(shù)字PID控制算法,增量式PID控制是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量Au(k) , 如方程6所示。具體軟件流程圖如圖4所示。Qu(k) = k,(e(k) -e(k-1)) +hkje(k) +kg(e(k) -2e(k-1) +e(h-2))當(dāng)壓力差大時利用- - 直接通或- -直 關(guān)晰的開關(guān)控制迅速減小壓力差以縮小調(diào)節(jié)時間,當(dāng)壓力差小于某- -值后則采用增量式PID控制,以使系統(tǒng)快速結(jié)束過渡過程,這樣,由于PID控制在較小壓力差時開始進(jìn)入，可以有效的避免飽和的同時加快調(diào)節(jié)速度。并在運(yùn)行中通過接入按鍵在線修正PID參數(shù),增加了系統(tǒng)的智能程度。風(fēng)神輪胎高溫循環(huán)水硫化系統(tǒng)中泵的腐蝕現(xiàn)象我們還可以從以下幾個方面去監(jiān)測與控制。(1)減小用水流量增長率,即減少硫化機(jī)各硫化罐同時使用臺數(shù)。(2)提高補(bǔ)水水源水溫,使除氧器內(nèi)水溫恒定。(3)在保證最有效除氧換熱效果前提下,除氧器液位控制點(diǎn)盡量設(shè)高。(4)安裝前置泵和過濾設(shè)備或選用抗汽蝕性能好的材料做葉輪或過流部件。開始↓系統(tǒng)初始化系統(tǒng)恒壓值和掃描參數(shù)鍵是否按?PID參數(shù)設(shè)定↓N采集并處理顯示當(dāng)前壓力N是否到IS?輸出控制量圖4程序流程圖3結(jié)束語汽泡對液壓系統(tǒng)的危害非常大,主要表現(xiàn)就是汽蝕。但汽泡產(chǎn)生的途徑比較復(fù)雜。要完全消除和避免氣泡對泵葉片的汽蝕是不可能的，也是不現(xiàn)實(shí)的。在液壓系統(tǒng)中我們只有根據(jù)現(xiàn)場的情況盡可能的采取有效的技術(shù)手段加以防范和改進(jìn),把其危降低到最低程度。參考文獻(xiàn):[1] 楊詩成,王喜魁.泵與見機(jī)[ M].北京:中國電力出版社,00.[2] 賈月梅.液體力學(xué)[ M].北京:國防工業(yè)出版社,006.[3]伍悅濱,朱蒙生. 工程流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社.006.[4] 劉豹,唐萬生.現(xiàn)代控制理論[ M].北京:機(jī)械工業(yè)出版杜,0069.[5] 趙建領(lǐng). 51系列單片機(jī)開發(fā)寶典[M].北京:電子工業(yè)出版社,007,4.中國煤化工[6]劉海威. 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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頁)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.中國煤化工MYHCNMHG