淺談離心泵汽蝕現(xiàn)象產生的原因及處理方法

展鵬

（天津渤化永利化工股份有限公司丁辛醇分廠，天津300450）

高速離心泵是丁辛醇裝置的主要設備之一，是丁辛醇長期穩(wěn)定運行的重要保證。但是，在離心泵的使用和維護中，有很多問題需要引起我們的注意。其中尤為突出的是離心泵的汽蝕問題。有效地防止離心泵的汽蝕，不僅能夠使裝置運行得更穩(wěn)定，而且能夠延長離心泵的使用壽命。

1 汽蝕的產生

當啟動離心泵后，泵軸帶動葉輪高速旋轉，流體從葉輪獲得能量，并隨之旋轉。在離心力作用下流體在進行圓周運動的同時還作徑向運動。從葉輪中心被迅速甩向泵殼。流體進入泵殼后由于流道增大，其速度減小，大部分動能轉化為靜壓能，使匯集到泵殼的流體形成高壓液流從泵的出口排出。當泵內流體自葉輪甩向泵殼時，在葉輪中心處形成低壓區(qū)，入口閥門處的流體在大氣壓力推動下，經(jīng)吸入管吸入泵內。只要葉輪持續(xù)轉動，流體就會被連續(xù)不斷地吸入和排出，達到輸送流體的目的。

離心泵在工作中產生了噪音和振動，導致流量、揚程和效率的降低，有時甚至不能工作，當檢修這臺泵時，常常可以發(fā)現(xiàn)葉片入口邊靠前蓋板處和葉片進口邊附近有麻點或蜂窩狀破壞。在實際運行中，有很多離心泵是由于汽蝕所破壞的。離心泵工作時，在葉輪中心區(qū)域產生真空形成低壓而將液體吸上。形成的低壓越低，則離心泵的吸上能力越強，表現(xiàn)為吸上高度越高。但是，真空區(qū)壓強太低，以至于低于液體的飽和蒸汽壓，則被吸上的液體在真空區(qū)發(fā)生大量汽化產生氣泡。含氣泡的液體進入高壓區(qū)后急劇凝結或破裂。因氣泡的消失產生局部真空，周圍的液體就以極高的速度流向氣泡中心，瞬間產生了極大的局部沖擊力，造成對葉輪和泵殼的沖擊，使泵體的材料受到破壞。我們常把泵內氣泡的形成和破裂而使葉輪材料受到破壞的過程，稱為汽蝕現(xiàn)象（見圖1）。

圖1 汽蝕損壞的葉輪

2 現(xiàn)場設備的運行狀況

丁辛醇裝置共有10臺高速泵，型號分別為GSB-L1和GSB-L2，均由北京航天十一所制造。GSB-L1型立式高速泵為單級單吸部分流式離心泵，由電動機、齒輪增速箱(二級增速)、泵及其附件組成。高速離心泵是丁辛醇生產裝置輸送介質的重要設備。

丁辛醇分廠P08103泵是高速離心泵，輸送的介質是催化劑和醛溶液，揚程225m，泵轉速6882r/min。由于高速離心泵轉速快，極易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。2011年12月，出現(xiàn)了噪音大，泵體和管路震動，泵不上量等情況，初步判斷是泵產生了汽蝕。

高速離心泵產生汽蝕的原因很多，而有效汽蝕余量小于必需汽蝕流量是直接原因，而引起有效汽蝕余量降低的主要原因有如下四個方面：

1）大流量引起葉輪進口速度增加，從而引起泵進口至葉輪以及進口管路中的壓力降增加；

2）非常低的流量造成液體不正常升溫，液體從葉輪獲得能量，以及泵內部間隙增大引起內部泄漏增加，使液體獲得附加能量，引起液體汽化；

3）系統(tǒng)的變化引起進口壓力損失（液位下降或進口管路阻塞）；

4）泵進口系統(tǒng)中液體被意外加溫，引起泵進口液體汽化壓力升高。

經(jīng)過排查最終判斷是系統(tǒng)的變化引起進口壓力損失，在將液位計清理及進口管路疏通后，103泵的汽蝕問題得到解決。

3 汽蝕的危害

3.1 汽蝕使過流部件被剝蝕破壞通常離心泵受汽蝕破壞的部位，先在葉片入口附近，繼而延至葉片出口。起初是金屬表面出現(xiàn)麻點，繼而表面呈現(xiàn)槽溝狀、蜂窩狀、魚鱗狀，嚴重時造成葉片或葉輪前后蓋板穿孔，甚至葉輪破裂，如圖1葉輪上就損壞。

3.2 汽蝕使泵的性能下降汽蝕使葉輪和流體之間的能量轉換遭到嚴重的干擾，使泵的性能下降，嚴重時會使液流中斷無法工作。

3.3 汽蝕使泵產生噪音和振動氣泡潰滅時，液體互相碰撞并撞擊壁面，會產生各種頻率的噪音。嚴重時可聽到泵內有“噼啪”的爆炸聲，同時引起機組的振動。而機組的振動又進一步促使更多的氣泡產生與潰滅，如此互相激勵，導致強烈的汽蝕共振。如103泵之前發(fā)現(xiàn)有噪音和振動就是汽蝕的表現(xiàn)。

4 泵汽蝕的原因分析及解決辦法

4.1 泵汽蝕的原因分析

泵發(fā)生汽蝕的條件是由泵本身和吸入裝置兩方面決定的。因此，研究汽蝕發(fā)生的條件，應從泵本身和吸入裝置雙方來考慮，泵汽蝕的基本關系式為：

其中：

NPSHa——裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量，越大越不易汽蝕；

NPSHr——泵汽蝕余量，又叫必需的汽蝕余量或泵進口動壓降，越小抗汽蝕性能越好；

NPSHc——臨界汽蝕余量，是指對應泵性能下降一定值的汽蝕余量；

[NPSH]——許用汽蝕余量，是確定泵使用條件用的汽蝕余量，通常取 [NPSH]=（1.1～1.5）NPSHc。

所以泵發(fā)生汽蝕的條件是NPSHa＜NPSHr，即有效汽蝕余量小于必須汽蝕余量。

4.2 泵汽蝕的解決辦法

欲防止發(fā)生汽蝕必須提高NPSHa，使NPSHa＞NPSHr可防止發(fā)生汽蝕的措施如下：

1）減小幾何吸上高度hg；

2）減小吸入損失hc，為此可以設法增加管徑，盡量減小管路長度，彎頭和附件等；

3）防止長時間在大流量下運行；

4）在同樣轉速和流量下，采用雙吸泵，因減小進口流速、泵不易發(fā)生汽蝕；

5）泵發(fā)生汽蝕時，應把流量調小或降速運行；6）泵吸水池的情況對泵汽蝕有重要影響；

7）對于在苛刻條件下運行的泵，為避免汽蝕破壞，可使用耐汽蝕材料。

5 結束語

通過分析103泵產生汽蝕的原因，所有解決辦法的目的都是使有效汽蝕余量大于必須汽蝕余量，這樣才能有效地防止離心泵的汽蝕，不僅能夠使裝置運行得更穩(wěn)定，而且能夠延長離心泵的使用壽命。