漫谈离心泵汽化汽蚀和内部回流汽蚀
漫谈离心泵汽化汽蚀和内部回流汽蚀
前言
汽蚀是离心泵最常见的问题，会引起振动和噪音的增加、性能的下降、造成零部件的损坏。只有全面、正确地理解离心泵汽蚀产生的原因，才能避免这种现象的发生。
离心泵最常见的汽蚀方式有两种：汽化汽蚀和内部回流汽蚀。如何区分这两种汽蚀？泵沙龙将为你分解。
汽化汽蚀
01
原因和影响
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。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。
02
从泵的运行情况判断
当汽化汽蚀发生时，泵的扬程和输出流量会降低。同时，泵的入口及其周围会发出较稳定的（有规律）的噼啪声。
03
从视觉检查判断
由于NPSH安全裕量不足，汽化汽蚀引起的破坏出现在叶轮入口叶片的低压侧或可见表面（非工作面）。
04
仪表测量判断
采用泵入口压力测量仪表（如压力表、压力变送器）所测到的压力值减去汽化压力（换算成扬程），就可以判断出NPSHA是否大于或等于泵制造厂特性曲线上所要求的NPSHR。
05
纠正方法
如果不能提供额外的NPSH（安全裕量），则应降低泵的流量，直到NPSHR小于或等于NPSHA。如果这种方式不满足现场运行工况，那么就必须对叶轮进行改进。对于某些叶轮结构可通过对叶轮几何尺寸或叶轮表面光洁度进行再加工来实现，以达到减小损失、改善流动特性或增大进口面积（以降低叶轮入口流速）的目的。如果这样仍然不可行，应考虑用一个能改善入口特性的叶轮替换原叶轮（对多级泵来说是第一级或吸入口叶轮）。应与泵制造厂共同商讨确定一个最有效的方法。
内部回流汽蚀
01
原因和影响
回流出现在流量降低的时候，一部分流体反向流经叶轮。叶轮入口处的回流称为吸入口回流，叶轮出口处的回流称为出口回流。吸入口回流和出口回流对泵的运行都具有很大的破坏性，特别是对于连续运转的高能泵或高吸入能量泵应予避免。
02
从泵的运行情况判断
吸入口回流会造成在泵吸入口或吸入口周围出现前面提及的噼啪噪音。回流产生的噪音强度要大于由于低的NPSH安全裕量所引起的汽蚀噪音，并且是一种不规则的撞击声。此时，NPSHA不低于NPSHR，泵的运行性能也未出现明显下降。出口回流产生的噪音与入口回流具有相同的特点，只不过最大噪音出现在泵的出口蜗室或导叶（扩散器）内。
03
从视觉检查判断
吸入口和排出口回流在叶轮叶片的承压侧（工作面）产生汽蚀破坏。从叶轮的吸入口侧看，叶轮的承压侧一般是不可见的，即处在叶片的背面（靠近叶轮内侧）。图1所示为利用镜子检查（因吸入口回流）造成入口叶轮承压侧汽蚀破坏的方法。这与因NPSH安全裕量不足造成的入口叶片低压表面的汽蚀破坏有所不同。由出口回流所造成叶片承压侧的汽蚀损坏如图2所示。当发生吸入口回流时，可以从吸入函体上发现因叶轮入口回流冲击所造成的汽蚀损坏。同样，蜗舌或导叶叶片也会在叶轮侧显示出由于出口回流造成的汽蚀损坏。
图1 用镜子检查入口回流引起的汽蚀损坏
图2 出口回流引起的汽蚀损坏
04
仪表测量判断
是否存在吸入口或出口回流可以通过监测泵吸入和排出区的压力脉动来确定。安装于泵的入口和出口、并尽可能靠近叶轮的压电传感器，可用于监测压力脉动。测得数据可由频谱分析仪进行分析，频谱分析仪与一台XY绘图机相连，记录所选流量下的压力脉动 – 频率曲线。图3所示为典型的压力脉动 – 流量的曲线。从图中可以看出，压力脉动值的突然增大表明开始有回流。
图3 压力脉动与流量的关系
吸入口回流的开始可以通过在叶轮入口安装冲击压头管（或皮托管）来确定。在测量管直接进入叶轮入口的情况下，额定输送范围内的读数是吸入压头减去叶轮入口处的速度头。然而，在吸入口回流点，来自于叶轮入口的反向回流撞击着压头测量管，且压力表读数迅速升高。
05
纠正措施
每种叶轮的结构都有其独特的性能特性（包括回流），并且是该结构所固有，在不修改叶轮结构的情况下是不可能改变回流特性的。在分析与回流有关的现象时，应考虑采用以下纠正措施：
1） 提高泵的输出流量。
2） 在泵的入口和出口之间加装旁路。
3） 更换叶轮材质，使之对汽蚀损坏具有更好的抵抗作用。
4） 修改叶轮结构。
总结
有两种比较直观的方法来区分汽化汽蚀和回流汽蚀：
1） 声音及性能判断：如果NPSHA低于NPSHR，泵入口及其周围出现有规则的噼啪噪音，并伴随运行性能的下降，则为汽化汽蚀；如果NPSHA不低于NPSHR，泵入口或出口出现不规则的噼啪噪音，且运行性能未出现明显下降，则为内部回流汽蚀。
2） 汽蚀损坏所处位置判断：汽化汽蚀损坏部位为叶轮入口叶片低压侧（非工作面），而内部回流汽蚀损坏的部位位于叶轮入口叶片或出口叶片承压侧（工作面）。
说明：图片及部分信息来源于 Igor J. Karassik等所著的《Pump Handbook（Third Edition）》。
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