陶磊（實(shí)聯(lián)化工（江蘇）有限公司，江蘇淮安 223112）

淺談離心泵氣蝕判定因素的分析及預(yù)防

陶磊（實(shí)聯(lián)化工（江蘇）有限公司，江蘇淮安 223112）

離心泵的一種廣泛用于石油、煤化工業(yè)的考葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力以輸送流體介質(zhì)的機(jī)械。因其運(yùn)行可靠，維護(hù)方便等特點(diǎn)應(yīng)用廣泛。但在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，本文從理論出發(fā)，著重分析了離心泵氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并給出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

離心泵氣蝕流體介質(zhì)

離心泵是一種依靠葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，進(jìn)而對(duì)流體介質(zhì)進(jìn)行輸送的機(jī)械。在機(jī)械能傳遞給液體介質(zhì)時(shí)，在葉輪附近會(huì)產(chǎn)生低氣壓，容易使該部分液體氣化，產(chǎn)生氣泡，氣泡在后續(xù)的運(yùn)動(dòng)中會(huì)對(duì)葉輪和其他部件造成損害。因此，采取有效手段減少離心泵的氣蝕是保護(hù)離心泵，延長(zhǎng)離心泵使用壽命的有效手段。

1 氣蝕產(chǎn)生的原因和過(guò)程

宏觀上看，離心泵的葉輪通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的方式將自身的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體介質(zhì)的動(dòng)能，將液體輸送出去。但是由于葉片的形狀和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，會(huì)造成液體運(yùn)動(dòng)方向的突然改變，這樣，在葉片的非工作面上就會(huì)產(chǎn)生局部低壓。溫度一定是，壓力和液體的沸點(diǎn)成正相關(guān)關(guān)系，因此該處的部分液體會(huì)氣化產(chǎn)生氣泡。隨著運(yùn)行時(shí)間的提高或者輸送介質(zhì)的變化，低壓區(qū)面積擴(kuò)大，氣泡產(chǎn)生量擴(kuò)大。與此同時(shí)，溶解在液體中的活潑氣體也會(huì)逸出成為氣泡。這些氣泡在下一工作面的作用下會(huì)進(jìn)入高壓區(qū)域，受壓后迅速消失產(chǎn)生空穴，在液體填補(bǔ)空穴的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，表現(xiàn)出振動(dòng)、噪聲以及對(duì)液體介質(zhì)的影響等。這一系列的現(xiàn)象就是離心泵工作時(shí)的氣蝕現(xiàn)象。由于氣蝕現(xiàn)象對(duì)離心泵過(guò)流部件壽命、輸送液體質(zhì)量以及工作的穩(wěn)定性會(huì)造成嚴(yán)重影響，所以相氣蝕余量控制在一定范圍內(nèi)十分必要。

2 氣蝕余量分析

氣蝕余量分為有效氣蝕余量和必需氣蝕余量。有效氣蝕余量是指液體通過(guò)吸入管到達(dá)泵吸入口后的高于氣化壓力Pv的能量，用NPSHa表示。必需氣蝕余量是由泵吸入口到達(dá)壓力最低處的壓力降值，用NPSHr表示。有效氣蝕余量由裝置系統(tǒng)決定，與泵本身無(wú)關(guān)。而必需氣蝕余量由泵本身的性能決定，并且，該參數(shù)一般由廠商測(cè)定，該數(shù)值越小，抗氣蝕能力越強(qiáng)。為了保證不發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，要求APSHa大于NPSHr，并且要超過(guò)0.3m。

2.1 產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲

氣蝕產(chǎn)生的氣泡在潰滅和液化的過(guò)程中會(huì)造成流體之間以及流體對(duì)葉片表面的撞擊，通常會(huì)產(chǎn)生600Hz至2500Hz的寬頻噪聲甚至高頻超聲波。嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起泵的共振，造成無(wú)法工作。

2.2 降低泵送性能

泵的機(jī)械性能平穩(wěn)連續(xù)地轉(zhuǎn)化成流體介質(zhì)的動(dòng)能是泵高效工作的表現(xiàn)，發(fā)生氣蝕現(xiàn)象時(shí)，葉輪和流體介質(zhì)之間的能量交換收到干擾，打斷了工作的連續(xù)性，使流量、揚(yáng)程等性能下降，降低了泵的工作效率，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐扇~輪損壞。

2.3 損壞過(guò)留部件

強(qiáng)烈的水擊會(huì)在葉片表面造成細(xì)微的傷痕，由于葉輪材料內(nèi)部的不均勻性等缺陷，一旦表面發(fā)生損壞，在連續(xù)水擊的作用下，傷痕就會(huì)擴(kuò)展出現(xiàn)溝槽、麻點(diǎn)等損害，繼而造成葉片和前蓋板穿孔，使揚(yáng)程降低，效率下降，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)葉片斷裂的現(xiàn)象。

3 氣蝕診斷方法

3.1 噪聲法

噪聲法是判斷離心泵是否正常工作的最簡(jiǎn)單辦法。氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的水擊現(xiàn)象一般會(huì)造成非正常的運(yùn)行聲音，因此，可以通過(guò)噪聲來(lái)判斷離心泵是否正常工作。但是，由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于環(huán)境中雜音較多，因此并不能準(zhǔn)確的注意到離心泵發(fā)生氣蝕的聲音。并且，當(dāng)水擊聲已經(jīng)可以被人耳分辨出來(lái)時(shí)，氣蝕現(xiàn)象往往已經(jīng)產(chǎn)生很久，破壞已經(jīng)產(chǎn)生。

3.2 振動(dòng)法

振動(dòng)法是利用加速度探頭對(duì)離心泵振動(dòng)頻率進(jìn)行檢測(cè)的一種方法。通過(guò)監(jiān)測(cè)離心泵的運(yùn)行頻率，一旦出現(xiàn)頻率失常，由此判斷氣蝕現(xiàn)象。但是由于許多大型離心泵體積大，剛度大，振源多，氣蝕產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)于整體來(lái)講微乎其微，因此，該方法敏感性欠佳。

3.3 超聲波法

超聲波法是監(jiān)視離心泵氣蝕現(xiàn)象的一種較理想的方法，由于環(huán)境噪音以及工作噪音中，超聲波的含量較少且波段固定，與氣蝕產(chǎn)生的超聲波差異性明顯，因此利用超聲波探測(cè)手段可以較準(zhǔn)確的檢測(cè)氣蝕現(xiàn)象。同時(shí)由于其調(diào)試簡(jiǎn)單，應(yīng)用方便，因此是一種常用的有效手段。

4 如何防止氣蝕現(xiàn)象

4.1 對(duì)過(guò)流部件進(jìn)行表面處理

氣蝕現(xiàn)象的作用機(jī)理和材料的疲勞破壞機(jī)理類(lèi)似，一旦產(chǎn)生了最初的微笑裂紋，后續(xù)的破壞會(huì)出現(xiàn)的非常快。因此，采取措施抑制最初的破壞是最為有效的辦法。過(guò)流部件作為直接接觸流體的部件，在氣蝕過(guò)程中首當(dāng)其中。因此，在不可避免發(fā)生氣蝕破壞的情況下，選用抗氣蝕材料或者對(duì)過(guò)流部件添加抗氣蝕涂層是較好的選擇。

4.2 改進(jìn)泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)相關(guān)計(jì)算可知，增大管徑，減小管長(zhǎng)可以減小液體流速，同時(shí)減少?gòu)濐^數(shù)量，從而減少液體亂流，并選擇合理的泵安裝高度可以提高有效氣蝕余量，使有效氣蝕余量大于必需汽蝕余量，從而減少氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

4.3 控制液體溫度和種類(lèi)

在高速運(yùn)動(dòng)中，輸送液體對(duì)過(guò)流部件的化學(xué)影響速率加快，因而在對(duì)特殊液體進(jìn)行輸送的時(shí)候，選擇適當(dāng)?shù)碾x心泵是避免氣蝕和離心泵損壞的首要注意事項(xiàng)。同時(shí)采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施，降低液體介質(zhì)的溫度，從而降低其氣化壓力。尤其是在長(zhǎng)時(shí)間泵送或者泵送液體溫度較高的情況下，這種方法可以有效的減少氣泡的產(chǎn)生，從而減少氣蝕現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

石油化工以及煤工業(yè)中對(duì)離心泵的應(yīng)用非常之多，每年因氣蝕造成的損失嚴(yán)重，我們應(yīng)該從氣蝕產(chǎn)生的原理和過(guò)程入手，采取針對(duì)性措施，晚上葉片形狀，改善葉片表面質(zhì)量，優(yōu)化泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而減少甚至預(yù)防氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

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10.3969/j.issn.1001-9677.2011.06.053.