避免离心泵发生气穴现象方法探究

　　泵的入口/吸入端必须具有一定的绝对液体能量，才能正常工作。我们称这种以英尺或公制米表示的能量为必要的NPSHR。在美国，NPSHR由泵制造商在其液压实验室中根据液压协会 (HI) 制定的程序确定。这种必要的绝对能量超过液流的汽化压力，泵需要从与其相连的系统中获得这种能量。我们称这种绝对系统能量有效NPSHA。

　　当NPSHA不超过NPSHR时，我们的系统达到液流的绝对压力小于液流的汽化压力的状态。此时，液流开始发生状态变化，由液态变为气态，开始蒸发沸腾。在泵的叶轮中形成的蒸汽气泡继续在整个叶轮中延伸，并朝着泵中压力增加的区域移动，直到它们在足够的压力下破裂以恢复液态。这种状态的变化是一种极其强烈的反应，导致在极高的局部压力下产生少量的液体射流。射流撞击叶轮表面，就像水射流切割器一样，导致少量金属从叶轮表面脱落。每分钟都会发生成千上万的气泡内爆。每次短暂的气泡内爆都会撞击金属，导致金属乏力并脱落。结果会引起低频振动和噪音 (类似瓶子里石头或大理石晃动的声音)，会带来很大的潜在危害，包括叶轮腐蚀造成小孔，使金属密封面产生间隙，造成轴承损坏等。这种典型现象称为空化现象。

　　现在我们遇到了一个典型的空化问题，我们可以采取什么措施来减少、消除或防止它？我们将这个问题分为引起气蚀的两个方面进行分析，即系统的NPSHA小于泵的NPSHR。在考虑改善NPSHA的方法之前，让我们先看看哪些选项可以降低NPSHR。

　　许多泵制造商为特定泵提供可选的低NPSHR叶轮。这些叶轮通常具有较大的入口孔面积 (图1) 2，从而降低了防止空化所需的绝对能量。我们已经看到使用这种叶轮的典型设备包括立式涡轮热井冷凝水泵，其中主叶轮是低NPSHR叶轮。低NPSHR主叶轮也可以用于另一种类型的工作，例如用低系统NPSHA处理液氨或任何其他高汽化压力液体流。

　　如果您现有的泵没有提供可选的低NPSHR叶轮，那么将在下面的方案B中讨论类似但更彻底的方法。

　　考虑到NPSHR的减少，通过安装工作速度较慢的较大泵，很明显，将获得较大的进气面积，从而减少了NPSHR。尽管这种方法比较昂贵，但它确实可以解决您的空化问题。

　　一些泵制造商还提供了另一种选择，即用看起来像葡萄酒开瓶器或包装提取器的装置代替叶轮螺母 (用于叶轮的钥匙)，称为诱导器。诱导器本质上是具有高吸力比转速的轴流式叶轮。它的工作模式就像在叶轮的吸入端放置一个小的前叶轮或增压泵，以帮助推动液流进入泵，从而降低NPSHR。并非每个泵制造商都提供此设备，但仍值得研究作为可选解决方案。

　　NPSHA是离心泵入口处的总绝对能量之和，必须大于泵的NPSHR。本节将介绍如何使用NPSHA公式作为故障排除的诊断工具，以减少或消除气蚀，甚至在设计系统时防止气蚀。让我们首先看看NPSHA来自哪里，以及我们如何定义和确定计算该值的公式。

　　泵入口处的绝对能量来自多种系统来源。对于本节的讨论，我们只关心发生在泵入口处的那些物体，这样我们就可以专注于系统的泵吸入侧。如图3所示，我们定义了系统的几个变量4:

　　这个值经常从净有效能量中减去，因为如果净能量等。在汽化压力下，系统会产生气蚀。

　　NPSHA是泵吸入端的所有绝对系统能量的总和。表1是一本 “能源分类书”，可帮助我们确定吸入端的能源是对我们有利的能源贷款人，还是对我们有利的能源借款人。

　　请注意，以英尺 =(psi × 2.31)/SG为单位的压头，其中SG是泵送温度下液流的比重。

　　确保在您的泵送条件下NPSHA足够大于NPSHR，然后可以开始工作。NPSHA与NPSHR的比率称为NPSH裕度。在许多情况下，使用2英尺余量足够安全: NPHSA > NPSHR 2 ft。您的安全裕度应根据具体的工作条件确定。HI关于NPSH余量值的规定表明，普通工业泵的NPSHA余量值应至少达到NPSHR值的1.3倍。HI建议高吸能量泵的余量值应高达NPSHR的1.6倍，这通常很难满足。

　　我们可以研究NPSHA的组成部分，并通过改进系统的NPSHA来帮助减少，消除或防止空化问题。我们有5个引起气蚀的NPSHA的系统相关组件。我们使用诊断工具将NPSHA划分为各个组件，以进行分析，该诊断工具通过改进系统的NPSHA来帮助减轻，消除或防止空化问题。

　　我们不能提高大气压力。除非您将工厂移至较低的高度以获得更高的大气压，否则别无选择。

　　对于开放式吸气罐，液流表面上的表压 (hp) 为0psig。如果遇到气蚀问题，可以考虑密封吸气罐并对其加压到一定程度，这样就可以消除气蚀。

　　对于封闭的吸气罐，您可以考虑增加大型储罐中的现有压力。只要您有办法增加NPSHA的此成分，就可以改善空化问题。

　　液位相对于泵吸入端的高度是改善NPSHA并减少气蚀或气蚀威胁的关键因素。增加供应罐中的液位。在空化问题严重的极端情况下，据我所知，一些工厂设法提高了其供应罐的高度，从而提高了液位。

　　仔细分析吸管。增加管道尺寸以减少摩擦分量。使管道笔直，减少吸水管中的弯头数量，从而减少摩擦。将吸入管中的标准弯头更换为长半径弯头。吸水管中的阀门应使用低摩擦损失的阀门，如球阀，而不是摩擦损失高的截止阀。清洁吸入管路筛网。尽一切可能将吸入管中的摩擦降至最低。

　　汽化压力是液流从液体变为气体时的内部压力。汽化压力受温度的影响很大，特别是在高温下。降低液体流的温度可以降低其汽化压力并增加NPSHA，从而减少气蚀问题。

　　您已经尽力调整泵以改善其NPSHR，并且还优化了系统以增加其NPSHA，但是仍然存在气蚀问题，从而损坏了泵。那么现在该怎么办？

　　第三种选择并不能帮助您消除或防止气蚀问题，但有助于减少气蚀对泵造成的损坏。对于容易产生气蚀的泵，尤其是其叶轮，不适合用青铜，铸铁或任何其他较软的金属制成。您应该选择较硬的材料，至少316不锈钢叶轮，这是大多数泵制造商提供的标准可选材料。11-13% 铬合金，CD4MCU，涂层stryte硬质合金，28% 铬铁或其他硬质叶轮表面可以更好地抵抗空化造成的损坏。例如，当处理非常热的液体流时，温度超过 ~ 180 °F(82 °C)，或者在处理高汽化压力液体流量时，我通常建议客户在项目设计阶段考虑采取某些安全措施，即使用最坚硬的材料来制造泵。

　　空化已被认为是离心泵可靠性降低的主要原因之一。与泵所需的能量 (NPSHR必须NPSHR) 相比，泵的吸入端绝对系统能量不够大，会导致气蚀问题，降低泵的可靠性。文中的水泵有助于减少、消除或防止空化的两种方案，在方案1和方案2实施失败的情况下，本文的水泵还提供了第三种方案，它可以将空化造成的不利影响降低到最小。我相信这些故障诊断技术将有助于提高您的泵和泵系统的性能，使它们工作得更好，并且需要更少的维护和工作成本。