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离心泵基础‖汽蚀离心泵基础‖汽蚀前言 汽蚀是离心泵装置中经常出现的一种有害状况。汽蚀会降低泵的效率，引起振动和噪音，并导致泵的叶轮、泵壳体、轴和其它内部零部件严重损坏。当泵中的流体压力降至汽化压力以下时，就会发生汽蚀现象，导致低压区处形成蒸汽气泡。这些蒸汽泡在进入高压区时会剧烈坍塌或“内爆”。这可能会导致泵内部的机械损坏，产生易受侵蚀和腐蚀的弱点，并损害泵的性能。 了解和实施减轻汽蚀的策略对于保持离心泵的运行完整性和使用寿命至关重要。 离心泵中的汽蚀类型 要减少或防止离心泵中的汽蚀，了解可能发生的不同类型的汽蚀非常重要。这些类型包括： 1. 汽化汽蚀。也称为“典型汽蚀”或“可用净正吸入压头不足（NPSHa）汽蚀”，这是最常见的汽蚀类型。当流体通过叶轮吸入孔时，离心泵会提高流体的速度。速度的增加相当于流体压力的降低。压力降低可能会导致部分流体沸腾（汽化）并形成蒸汽气泡，当蒸汽气泡到达高压区时，会剧烈坍塌，并产生微小的冲击波。 2. 湍流汽蚀。管道系统中的弯头、阀门、过滤器等部件可能不适合泵送液体的量或性质，这会在整个液体中产生涡流、湍流和压力差。当这些现象出现在泵的入口处时，会直接侵蚀泵内部或导致液体汽化。 3. 叶片综合征汽蚀。也称为“叶片通过综合征”，当叶轮直径过大或泵壳体内部涂层过厚/泵壳体内径偏小时，就会发生这种类型的汽蚀。这两种情况中的一种或两种都会使泵壳体内的空间（间隙）减小到可接受的水平以下。泵壳体内的间隙的减小会导致流体流速增加，从而导致压力降低。压力降低可能导致流体汽化，产生汽蚀气泡。 4. 内部再循环汽蚀。当泵无法以所需流量排出流体时，会导致部分或全部流体在叶轮周围再循环。再循环的流体通过低压区和高压区，从而产生热量、高速并形成汽化气泡。造成内部再循环的常见原因是在泵出口阀关闭（或偏小流量 – 泵沙龙注1）时运行泵。 5. 空气夹带汽蚀。空气可能通过失效的阀门或松动的接头吸入泵内。一旦进入泵内，空气就会与流体一起流动。流体和空气的运动可能会形成气泡，当气泡暴露在泵叶轮增加的压力下时，就会“爆炸”。 导致汽蚀的因素 NPSH、NPSHa和NPSHr NPSH是防止离心泵汽蚀的关键因素。NPSH是实际吸入压力与流体蒸汽压力之间的差值，在泵入口处测量。NPSH值必须较高，以防止流体在泵内汽化。 NPSHa是泵工作条件下的实际NPSH。必需净正吸入压头（NPSHr）是泵制造商为避免汽蚀而规定的最小NPSH。NPSHa是吸入管道、泵的安装和操作细节的函数。NPSHr是泵设计的函数，其值由泵测试确定。NPSHr表示在测试条件下的可用扬程，通常将泵扬程（对于多级泵，为首级叶轮扬程 – 泵沙龙注2）下降3%作为汽蚀判别的依据。NPSHa 应始终大于 NPSHr，以避免汽蚀。 空气夹带及其在汽蚀中的作用 当空气进入泵的吸入管路时，就会发生空气夹带，从而导致汽蚀风险增加。发生这种情况的原因可能是泵灌注不当、吸入管路泄漏、吸入管路中形成涡流或湍流。液体中的空气会形成小气泡，在泵内压力条件下，这些气泡会促成或加剧汽蚀过程。减少空气夹带是将汽蚀风险降至最低的关键。可以通过遵守最低浸没要求、确保管道连接处的适当密封、保持足够的NPSHa以及避免泵入口处的紊流来实现这一目标。 与汽蚀风险有关的泵和系统曲线分析 泵和系统曲线分析是了解和降低汽蚀风险的重要工具。泵和系统曲线之间的交叉点说明了泵在不同系统条件下的流量、扬程和效率的表现。通过分析泵和系统曲线，操作员可以确定泵的最佳运行范围，避免已知会引发汽蚀的区域。这些区域包括流量很高或吸入压头很低的情况。应特别注意最小流量点，因为低于此流量运行会大大增加汽蚀风险。正确使用泵曲线有助于就泵的选择、运行速度和必要的预防措施做出决定，以最大限度地减少离心泵中的汽蚀。 减少汽蚀的策略 提高 NPSHa 以防止气蚀 确保NPSHa大于NPSHr对于避免汽蚀至关重要。这可以通过以下方法实现： 1. 降低泵相对于吸入储液罐/池的高度。可提高吸入储液罐/池中的液位，或降低泵的安装高度。这样可以增加泵入口处的NPSHa。 2. 增加吸入管道的直径。这将降低恒定流量下的流体速度，从而降低管道和配件的吸入压头损失。 3. 减少配件的压头损失。减少泵吸入管路上的接头数量。使用长半径弯管、全通径阀门和锥形异径管等配件，帮助降低因管件造成的吸入压头损失。 4. 尽可能避免在泵吸入管路上安装滤网和过滤器，因为它们通常会导致离心泵产生汽蚀。如果无法避免，应确保定期检查和清洁泵吸入管路上的滤网和过滤器。 5. 冷却泵送流体以降低其蒸汽压力。 了解防止汽蚀的NPSH裕量 NPSH裕量是指NPSHa与NPSHr之间的差值。较大的NPSH裕量可降低汽蚀风险，因为它提供了一个安全系数，可防止因运行条件波动而使NPSHa降至正常运行水平以下。影响NPSH裕量的因素包括流体特性、泵转速和吸入条件。工程师必须在设计和运行规划阶段计算并最大限度地提高这一裕量，以确保泵的性能可靠，并将汽蚀风险降至最低。根据实时运行数据进行定期监测和调整有助于保持有效的NPSH裕量。 维持泵的最小流量 确保离心泵在规定的最小流量以上运行，对于减少汽蚀至关重要。离心泵在低于其最佳流量范围（允许工作区 – 泵沙龙注3）内运行，会增加产生低压区的可能性，从而诱发汽蚀。每台离心泵都有一条泵特性曲线，显示防止出现汽蚀等运行问题所需的最小流量。可使用旁通管线、控制阀或变速泵等流量控制方法来维持这一最小流量。这一点在启动或停机阶段尤为重要，因为此时对泵的需求会发生变化。 减少汽蚀的叶轮设计考虑因素 叶轮的设计对离心泵是否容易发生汽蚀起着重要作用。叶片较少且较大的叶轮往往会使流体加速较小，从而降低汽蚀风险。此外，进口直径较大或叶片呈锥形的叶轮有助于更平稳地管理流体的流动，最大限度地减少湍流和气泡的形成。使用抗汽蚀损伤的材料可以延长叶轮和泵的使用寿命。 使用防汽蚀装置 防汽蚀装置（如流动调节附件或汽蚀抑制衬里）可有效减轻汽蚀。这些装置的作用是控制叶轮周围的流体动态，提供更稳定的流动，减少导致汽蚀的湍流和低压区。流动整流器可用于减少流体中的漩涡成分，改善泵的入口条件。汽蚀抑制衬里可在气泡内爆之前将其击碎，从而保护叶轮和泵壳体免受损坏。 正确确定泵的尺寸对防止汽蚀的重要性 为特定应用选择正确的泵类型和指定正确的尺寸对于防止汽蚀至关重要。尺寸过大的泵在流量较低时运行效率可能不高，从而导致汽蚀风险增加，而尺寸过小的泵可能需要更努力地工作才能满足流量要求，这也增加了汽蚀的可能性。正确的泵选型包括对最大、正常和最小流量要求、流体特性和系统布置进行详细分析，确保泵在指定的工作范围内运行。准确的选型可以防止汽蚀，并提高泵在整个生命周期内的效率和可靠性。 离心泵中的汽蚀会影响效率，并因损坏重要部件而缩短使用寿命。实施所讨论的策略，如优化泵的设计和选型、保持适当的流量并确保足够的NPSH裕量，将显著降低汽蚀风险。定期监测和维护可确保泵在最佳条件下运行，从而提高各种应用的使用寿命和可靠性。通过采取积极主动的措施，设备可以提高性能，避免因汽蚀而造成代价高昂的损坏和隐患。 作者简介：Gilbert Welsford Jr. 是阀门行业的杰出人物，其敏锐的工程意识和丰富的专业知识广受认可。他是 FS Welsford 公司的第三代经营者。文章主要信息来源于该作者。 |
