耐酸堿離心泵的汽蝕現(xiàn)象
作者：離心泵 來源：汽蝕 發(fā)布時(shí)間：2020-12-25
化工耐酸堿離心泵被廣泛應(yīng)用于石化、冶金、水利、電力及核電等工業(yè)領(lǐng)域，在各種生產(chǎn)裝置中對液體介質(zhì)進(jìn)行動力輸送，其性能可靠性對于裝置的正常運(yùn)行有著非常重要的作用。汽蝕是離心泵運(yùn)行中的一個(gè)重要現(xiàn)象，是影響離心泵運(yùn)行可靠性和使用壽命常見的問題，同時(shí)也是影響其向大流量、高轉(zhuǎn)速方向發(fā)展的一個(gè)巨大的障礙，因此汽蝕成為目前泵類研究中的一個(gè)重要課題。
一、汽蝕的危害
汽蝕會影響離心泵的正常運(yùn)行，引發(fā)許多嚴(yán)重后果。
1、汽蝕致使泵產(chǎn)生噪音與振動
當(dāng)發(fā)生汽蝕時(shí)，高頻的液體相互撞擊會產(chǎn)生各種噪音，嚴(yán)重時(shí)泵內(nèi)會發(fā)出噼噼啪啪的爆炸聲，同時(shí)誘發(fā)泵機(jī)組的振動，而泵機(jī)組的振動又會加速氣泡的產(chǎn)生與破裂。當(dāng)液擊的頻率與泵機(jī)組的固有頻率相同時(shí)，就會發(fā)生強(qiáng)烈的汽蝕共振，使振幅迅速增大，此時(shí)若要保護(hù)離心泵不會發(fā)生更大的破壞，就必須立即停車檢查。
2、汽蝕制約了離心泵的發(fā)展
隨著科技不斷進(jìn)步，現(xiàn)代化工業(yè)要求離心泵要向大流量和高揚(yáng)程發(fā)展，這就需要提高介質(zhì)的流速，根據(jù)流體力學(xué)，液體流速越高，入口壓力損失越大，更加容易產(chǎn)生汽蝕。因此，提高泵抗汽蝕性能，研究汽蝕機(jī)理，是離心泵發(fā)展中的重要研究課題。
3、 汽蝕會使離心泵的性能下降
離心泵是通過葉輪的旋轉(zhuǎn)將能量傳遞給介質(zhì)，轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的壓力能，但汽蝕會對葉輪和液體之間的能量傳遞造成嚴(yán)重干擾。當(dāng)汽蝕發(fā)生時(shí)會在介質(zhì)中產(chǎn)生大量的氣泡，堵塞了葉輪流道，并在局部產(chǎn)生漩渦，增大流動損失，使泵的流量、揚(yáng)程和效率均有所下降，嚴(yán)重時(shí)還會導(dǎo)致斷流，使離心泵無法正常工作。汽蝕嚴(yán)重時(shí)離心泵的性能曲線上來看，在汽蝕比較嚴(yán)重時(shí)，各項(xiàng)性能指標(biāo)發(fā)生陡降。
4、 汽蝕會損壞過流部件
在離心泵的過流部件中葉輪是受汽蝕影響大的零件，當(dāng)發(fā)生汽蝕時(shí)，金屬材料表面會逐漸產(chǎn)生許多小麻點(diǎn)，繼而麻點(diǎn)不斷發(fā)展擴(kuò)大呈蜂窩狀、溝槽狀，嚴(yán)重時(shí)就會形成穿孔，甚至造成葉輪的斷裂，嚴(yán)重影響泵的使用壽命。
二、汽蝕的產(chǎn)生原理
汽蝕是一種液體動力學(xué)現(xiàn)象，發(fā)生的根本原因在于液體在流動過程中出現(xiàn)了局部壓力降，形成了低壓區(qū)。根據(jù)物理學(xué)知識可以知道，對于某種液相介質(zhì)，在一定溫度下對應(yīng)著一定的飽和蒸汽壓Pv，當(dāng)介質(zhì)的壓力小于Pv時(shí)就會發(fā)生汽化。離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，介質(zhì)進(jìn)入泵吸入口后，在葉輪沒有對介質(zhì)做功前，壓力是逐漸降低的，當(dāng)壓力降低到該處相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，介質(zhì)就會沸騰汽化，使原來流動的介質(zhì)出現(xiàn)大量的氣泡，氣泡中包含著輸送介質(zhì)的蒸汽以及原來溶解在介質(zhì)中而逸出的空氣。當(dāng)氣泡隨同液流從低壓區(qū)流向高壓區(qū)時(shí)，由于轉(zhuǎn)動的葉輪對介質(zhì)做功，介質(zhì)壓力迅速上升，當(dāng)壓力大于該處相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓Pv時(shí)，氣泡又會重新凝結(jié)成為液相，瞬間形成大量的空穴，而周圍的液相介質(zhì)以高速沖向空穴相互撞擊，使得空穴處的局部壓力陡增。這種液擊是一種高強(qiáng)度、高頻率的沖擊，其壓力可達(dá)數(shù)百個(gè)大氣壓以上，水擊頻率高達(dá)25000次/秒，材料壁面上因受到如此高頻率、高壓力的重復(fù)載荷作用而逐漸產(chǎn)生疲勞破壞。在某些工況下，泵送介質(zhì)中可能溶解有活性氣體（如氧氣等），借助于介質(zhì)由氣相凝結(jié)成液相時(shí)會釋放大量的熱量，對金屬產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，加速腐蝕破壞的速度，致使金屬表面出現(xiàn)麻點(diǎn)、穿孔甚至斷裂。這種在泵內(nèi)出現(xiàn)的液相介質(zhì)汽化、凝結(jié)、沖擊，以致金屬材料腐蝕破壞的現(xiàn)象總稱離心泵的汽蝕。
三、離心泵汽蝕的識別
汽蝕是造成離心泵的性能和效率下降的主要原因之一，及時(shí)識別出汽蝕的發(fā)生，便于采取相應(yīng)的防范措施，實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)如下幾種辦法判別是否發(fā)生了汽蝕。
1、根據(jù)噪音識別
汽蝕發(fā)生時(shí)由于液體撞擊會產(chǎn)生各種噪聲，并且當(dāng)汽蝕嚴(yán)重時(shí)，可聽到泵內(nèi)發(fā)出類似于爆竹的噼噼啪啪的聲音。我們可以據(jù)此作為汽蝕的判斷。
2、根據(jù)振動識別
離心泵的汽蝕伴隨著泵體的振動，因此可以在泵體上加振動傳感器，當(dāng)泵運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)振動與正常有異，應(yīng)該首先考慮是否發(fā)生了汽蝕。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)感覺出泵體振動的不同，從而初步判定是否產(chǎn)生了汽蝕。
3、根據(jù)揚(yáng)程識別
這是一種簡單易行，且在業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用的方法。當(dāng)汽蝕發(fā)生時(shí)，離心泵的揚(yáng)程會急劇下降。API610標(biāo)準(zhǔn)中，將離心泵揚(yáng)程(對于多級泵而言是級揚(yáng)程)下降3%，作為性能斷裂的標(biāo)志，并依此判定離心泵的必需汽蝕余量NPSHr的數(shù)值。通常當(dāng)離心泵特性曲線上揚(yáng)程下跌3%時(shí)，我們認(rèn)為這個(gè)點(diǎn)是其發(fā)生汽蝕的臨界點(diǎn)，但是在泵發(fā)生汽蝕的初始階段，離心泵揚(yáng)程的變化并不是很明顯，而當(dāng)揚(yáng)程變化明顯時(shí)，汽蝕已經(jīng)發(fā)展到了一定程度，所以用揚(yáng)程來判斷離心泵的汽蝕具有一定的滯后性。
