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汽蚀对离心泵有什么影响

文章出处:离心泵     发布时间 :2021-3-10 9:20:23     浏览量:228
       汽蚀是离心泵的常见问题,会引起泵振动和噪音的增加、性能的下降、造成泵零部件的严重损坏。只有全面、正确地理解离心泵的汽蚀性能,才能科学合理地设计或选择出满足用户装置要求的产品。
一、离心泵汽蚀产生的原理
     泵运转过程中,当泵送液体流经过流部件的某些局部区域因某些原因、液体的绝对压力降低到泵送温度下液体的饱和蒸汽压力(汽化压力)时,液体便在此处发生汽化,产生蒸汽、形成汽泡;同时,溶解于液体中的气体也会以汽泡的形式析出,在局部区域形成两相流。

     当汽泡移动到高压区时,汽泡周围的高压液体将会使汽泡迅速凝结缩小、破裂。在汽泡凝结缩小、破裂的瞬间,汽泡周围的液体将高速填充(汽泡凝结破裂形成的)空穴,产生强烈的冲击波。当汽泡破裂发生在过流部件的固体壁面时,将会对固体壁面形成高速微射流,导致局部受到腐蚀破坏。这种产生汽泡和汽泡破裂使过流部件遭到破坏的过程就是泵的汽蚀过程。

                     离心泵汽蚀

引起离心泵汽蚀的主要原因有四种:
(1)汽化汽蚀(Vaporization cavitation)
(2)内部回流汽蚀
(Internal recirculation cavitation - Suction specific speed)
(3)叶片流道综合症汽蚀
(Vane passing syndrome cavitation)
(4)紊流汽蚀
(Flow turbulence cavitation)
1、  汽化汽蚀
     当液体的压力低于其汽化压力或者温度太高时,液体便会发生汽化,导致汽蚀。这种汽蚀发生在泵的吸入侧。
2、  内部回流汽蚀
    当泵送流量太小或入口压力太高时,就会发生回流现象。当泵送流量太小时,内部回流发生在叶轮的入口;当泵入口压力太高时,内部回流发生在叶轮出口处。内部回流致使液体流速的增加直至汽化产生汽泡,然后在周围较高压力下破裂。当吸入口发生内部回流时,在泵的吸入口周围会发出不规则的噼噼啪啪的噪音,并伴有高强度的爆震声。
3、  叶片流道综合症汽蚀
这种汽蚀破坏是由于导叶(对于导叶式泵)或蜗舌(对于蜗壳式泵)与叶轮叶片外径之间的间隙太小所引起的。当液体流经该小通道时,液体的流速增加引起液体压力的下降、局部汽化,产生汽泡,然后在较高的压力下破裂,导致汽蚀。这种汽蚀通常发生在导叶或蜗舌的内侧及叶轮叶片中心。
4、 紊流汽蚀
当有某种东西干扰或阻碍(如腐蚀、堵塞、直径突变等)液体在泵中正常流动时,就会发生紊流改变液体的流速,液体流速的改变会引起压力的改变,压力的改变最终会引起液体的汽化、汽蚀。这种汽蚀通常发生在与泵连接的管道中。
二、关于汽蚀您必须知道的几个概念及知识
1、  汽蚀余量NPSH(net positive suction head,净正吸入压头)
ANSI/API610第11版标准[1]定义如下:
NPSH为从基准面算起的泵绝对吸入总压头减去液体的汽化压力。
2、  装置汽蚀余量NPSHA(net positive suction head available)
     装置汽蚀余量又称有效汽蚀余量、有效的净正吸入压头,是与泵的操作系统有关的参数,等于液体到达泵的入口时的压头减去汽化压力头后液体的剩余压力头。
3、  必需汽蚀余量NPSHR(net positive suction head required)
必须汽蚀余量又称必须的净正吸入压头,它是与泵本身的结构设计有关的参数。当液体从泵的入口进入叶轮入口时,在叶轮叶片离心力的作用下,速度增加、压力下降。
必须汽蚀余量是泵吸入口必需的实际的正压头,其主要是克服泵内的压力下降并保持液体的压力在汽化压力之上。必需汽蚀余量有三种:
NPSH3:将扬程(一级叶轮)下降3%作为汽蚀的判别点,ANSI/HI9.6.1、ISO9906、ANSI/API610等标准所推荐,并被全球泵行业广泛接受。测量容易,也比较可靠。普遍应用于各种离心泵。
NPSH0:将扬程即将开始快速下降、但下降为0%作为汽蚀的判别点,定义容易,但测量较困难。常用于轴流泵和混流泵。
NPSHi(即NPSH incipient汽蚀初生):将一只汽泡产生时作为汽蚀的判别点,较NPSH3和NPSH0更严格。定义容易,但所需的测量技术复杂、成本非常高。常用于叶轮入口流速较高的高吸入能量泵。
三、离心泵汽蚀的判别
(1) 通过在恒定流量下的模型试验来判别泵到用户现场是否会发生汽蚀。为此,以恒定的流量逐步减小吸入扬程,然后用快速摄像机观察叶轮入口处汽泡的发生、发展情况。对于NPSH3,将出口扬程下降3%作为汽蚀的判别依据;对于NPSH0,将扬程即将开始快速下降、但下降为0%作为汽蚀的判别依据;对于NPSHi,将第一只汽泡产生时作为汽蚀的判别依据。
(2) 对于系统中正在运行的泵,如果听到泵内发生不规则的噼噼啪啪的噪音、并伴随着振动增加及泵性能的下降,说明发生了内部回流汽蚀。
四、汽蚀对离心泵的影响
     当汽蚀发生时,汽泡在高压区内连续发生爆裂(如果是由内部回流引起的汽蚀,可以听到泵内发出不规则的噼噼啪啪的声音),同时伴有高强度的撞击声,从而导致不可接受的噪音和振动、叶轮和泵壳体的损坏以及泵性能的下降(如流量减少、扬程下降等)。
内部回流是引起泵汽蚀主要和常见的原因,而吸入比转速是衡量一台离心泵吸入性能的一个指标,也是对内部回流敏感程度的一个评估尺度。
根据汽蚀基本原理,吸入比转速越大则泵的抗汽蚀能力越好,但泵的效率则越低。
之所以对吸入比转速给出限定值,是因为每台泵都有一个流量运行范围,在泵的运行范围之内,可接受的振动特性与吸入比转速密切相关。对于高吸入比转速的泵,当其在高效率点附近运行时,叶轮入口处介质的流动较为稳定和均匀;而当流量不足、泵偏离高效率点运行时,将会在叶轮的吸入口和吐出口产生内部回流、增加能量损失,导致泵的振动明显增大。
五、如何改善离心泵的汽蚀性能?
改善离心泵汽蚀性能的措施主要集中于以下三大点:
(1) 提高装置汽蚀余量
提高吸入池的液位。
增加水箱的压力。
将泵安装到一个地坑中,如VS6型泵。
减少吸入管路水力损失
给主泵安装一台前置(增压)泵,如百万机组核电站主给水泵等。
(2) 降低必需汽蚀余量
降低泵的转速。
采用双吸叶轮(多级泵首级采用双吸)。
安装一只诱导轮。不过,在石化及石油化工的实际工程应用中,很多用户不希望采用带诱导轮的泵。因为当诱导轮设计不当或出现腐蚀时,易导致其在过负荷区工作,不仅起不到增压作用,而且更容易造成泵的汽蚀。UOP规范中明确规定卧式泵不允许带诱导轮。
加大叶轮入口直径。但是,如果叶轮入口直径过大,这种方法不仅影响离心泵的运行性能,而且还会导致泵振动的显著增加。
使用几台较小的泵。三台半容量的泵可能比一台大泵加一台备用泵便宜,并且在较小的负荷下更节能。
叶轮叶片向泵入口边适当延伸,相当于增加一只小的诱导轮。
后掠叶片,以减少其前缘的任何汽蚀。
优化叶轮叶片前缘轮廓(如采用抛物线前缘轮廓、减薄吸入侧叶片厚度等),可有效限制叶片前缘的压力峰值和降低对部分负荷下运行的敏感程度。