馬文優(yōu)

（謙信化工集團(tuán)有限公司，廣東江門 529081）

離心泵是一種流體機(jī)械，通過旋轉(zhuǎn)葉輪產(chǎn)生的離心力將流體介質(zhì)輸送出去，在化工產(chǎn)業(yè)和電力等行業(yè)當(dāng)中都具有很大的應(yīng)用空間，離心泵約占流體輸送設(shè)備的80%～90%，甚至更高。汽蝕問題是離心泵使用過程中容易出現(xiàn)的主要問題之一，容易對離心泵產(chǎn)生多種危害。對此，要明確離心泵汽蝕各種危害的類型，并對離心泵汽蝕危害的防范措施進(jìn)行探究，為離心泵的養(yǎng)護(hù)提供理論依據(jù)，提升離心泵的使用質(zhì)量和使用安全。

1 離心泵汽蝕產(chǎn)生的危害

1.1 損壞過流部件

過流部件是離心泵主要的組成部件，直接決定了離心泵的運(yùn)行狀態(tài)。汽蝕問題會(huì)對離心泵的過流部件質(zhì)量造成非常嚴(yán)重的影響，進(jìn)而會(huì)影響整個(gè)離心泵的運(yùn)行。汽蝕現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致機(jī)械腐蝕、電化學(xué)腐蝕等，容易造成過流部件的損壞。離心泵中的過流部件包括葉輪、蝸殼等，該類部件的主要材料是金屬，一旦長期暴露在汽蝕環(huán)境下，就會(huì)受到腐蝕，例如可能會(huì)產(chǎn)生麻點(diǎn)、凹槽等現(xiàn)象；嚴(yán)重情況下，金屬材料上還會(huì)出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致金屬材料發(fā)生斷裂，造成葉輪損壞、脫落，甚至?xí)?dǎo)致離心泵徹底無法使用。過流部件的損壞會(huì)嚴(yán)重縮短離心泵的使用壽命，增加離心泵的使用成本，影響企業(yè)生產(chǎn)；汽蝕現(xiàn)象過于嚴(yán)重的情況下，過流部件的金屬材料甚至有可能被直接擊穿，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故，威脅現(xiàn)場工作人員的生命安全[1]。過流部件的損壞現(xiàn)象在離心泵運(yùn)行過程中比較常見，造成的不良影響也比較明顯和嚴(yán)重。因此該問題必須得到重視和解決，否則將會(huì)影響化工、電力等行業(yè)的生產(chǎn)效率。

1.2 損害運(yùn)行性能

離心泵的具體工作原理是通過葉輪的旋轉(zhuǎn)將能量傳遞給介質(zhì)，但在汽蝕情況下，離心泵傳遞能量的功能會(huì)大幅下降，運(yùn)行性能將會(huì)受到嚴(yán)重的負(fù)面影響，如圖1所示。

圖1 離心泵汽蝕性能曲線

圖1中，Q為離心泵汽蝕程度，H為離心泵性能，由圖1可知，當(dāng)離心泵的汽蝕達(dá)到一定程度之后，離心泵的性能曲線出現(xiàn)了比較明顯的斷裂。這是因?yàn)槠g現(xiàn)象發(fā)生時(shí)會(huì)導(dǎo)致離心泵中的流體介質(zhì)出現(xiàn)氣泡，減小流體介質(zhì)的流通面積；汽蝕現(xiàn)象也有可能在流體的局部位置導(dǎo)致旋渦產(chǎn)生，降低介質(zhì)流通的連貫性，造成流體的流量、流速下降，出口壓力不足，無法產(chǎn)生足夠的能量，最終影響離心泵的運(yùn)行質(zhì)量，進(jìn)而影響生產(chǎn)工作的其他環(huán)節(jié)。嚴(yán)重情況下，氣泡現(xiàn)象和旋渦現(xiàn)象會(huì)直接導(dǎo)致整個(gè)流體通道堵塞，造成流體介質(zhì)徹底斷流，離心泵的運(yùn)行被迫停止，甚至有可能因?yàn)榇罅课锪辖橘|(zhì)堆積造成離心泵損壞。只有具備良好的運(yùn)行性能，離心泵才能正常發(fā)揮作用，保證各行業(yè)的生產(chǎn)工作效率，因此需要重視汽蝕現(xiàn)象對離心泵的損害，保證離心泵的正常運(yùn)行。

1.3 導(dǎo)致噪聲和振動(dòng)

離心泵汽蝕所產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象對離心泵造成的損害是巨大的，在離心泵運(yùn)行過程中始終是難以解決的問題之一。汽蝕現(xiàn)象所導(dǎo)致的流體氣在破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生頻率較高的噪聲，同時(shí)導(dǎo)致泵體振動(dòng)，造成離心泵結(jié)構(gòu)材料受到損壞；一旦噪聲所引發(fā)的振動(dòng)頻率與離心泵本身的振動(dòng)頻率同調(diào)而形成共振現(xiàn)象，就會(huì)導(dǎo)致振幅進(jìn)一步增強(qiáng)、噪聲影響進(jìn)一步擴(kuò)大，不僅會(huì)對離心泵本身的運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，還有可能對生產(chǎn)線的其他設(shè)備管件造成影響，阻礙整個(gè)產(chǎn)業(yè)工作的正常運(yùn)行。同時(shí)，葉輪的動(dòng)平衡不良問題也會(huì)造成噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象。葉輪流道內(nèi)存在異物或泵的軸承損壞都會(huì)造成葉輪與泵的相鄰部件的異常接觸，引發(fā)噪聲振動(dòng)現(xiàn)象，如果得不到及時(shí)處理，葉輪就會(huì)直接損壞，進(jìn)而導(dǎo)致離心泵出現(xiàn)嚴(yán)重故障。噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生比較頻繁且缺乏規(guī)律性，在日常設(shè)備運(yùn)行維護(hù)當(dāng)中很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，對離心泵造成的負(fù)面影響往往是持續(xù)性的。因此該現(xiàn)象應(yīng)該得到足夠的重視，并需要提前做好預(yù)防工作，以保證離心泵使用的安全性。

1.4 制約離心泵技術(shù)水平提升

隨著當(dāng)前化工電力等行業(yè)的不斷發(fā)展，對離心泵的使用要求也隨之提高。為了滿足不同行業(yè)的要求，離心泵能達(dá)到的流量、揚(yáng)程數(shù)值都需要得到提升，如果汽蝕現(xiàn)象仍然存在，就會(huì)對離心泵的最大工作能力造成嚴(yán)重的影響，進(jìn)而制約離心泵技術(shù)水平的提升；同時(shí)離心泵汽蝕處理技術(shù)的局限性也體現(xiàn)出了離心泵使用技術(shù)發(fā)展的局限性。例如，一般來說，想要提高流量和揚(yáng)程的數(shù)值，就需要提高液體介質(zhì)的流速；但同時(shí)，提升流速會(huì)造成入口壓力損失較大，反而更容易產(chǎn)生汽蝕，接著汽蝕又會(huì)進(jìn)一步影響流量、揚(yáng)程等數(shù)值，并造成離心泵功能性下降，最終會(huì)形成惡性循環(huán)[2]。汽蝕現(xiàn)象容易造成一系列難以解決的離心泵技術(shù)問題，制約離心泵技術(shù)水平及制造水平的提升。離心泵制造和使用技術(shù)水平的提升是各行業(yè)發(fā)展的必然要求，因此必須要正視汽蝕現(xiàn)象對離心泵技術(shù)發(fā)展造成的危害，并積極解決問題。

2 離心泵汽蝕的防范措施

2.1 改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要重視對離心泵現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，優(yōu)化離心泵的內(nèi)部構(gòu)成。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，要保證既能夠增強(qiáng)離心泵的工作效率，又能減小汽蝕現(xiàn)象帶來的危害。對離心泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，主要需要改進(jìn)葉輪的結(jié)構(gòu)。首先，可以適當(dāng)增大葉輪入口處的直徑，提高葉輪的吸入性能，解決流體介質(zhì)在葉輪入口處流量不足的問題；但也要注意不能無節(jié)制地一味擴(kuò)大此尺寸，要根據(jù)離心泵的實(shí)際規(guī)格和工作需求控制好葉輪內(nèi)外直徑的范圍，否則反而會(huì)造成葉輪吸入效果下降。其次要盡可能選擇雙吸葉輪，進(jìn)一步擴(kuò)大葉輪的入口面積，降低泵的汽蝕余量NPSHr。有研究表明，在雙吸葉輪使用的情況下，離心泵的汽蝕余量可以達(dá)到單吸葉輪的0.63倍。最后，要適當(dāng)加大葉輪入口的曲率半徑，優(yōu)化葉輪入口處的結(jié)構(gòu)，同時(shí)適當(dāng)提高葉輪部件的內(nèi)外表面加工質(zhì)量，減少其粗糙度值，使流體介質(zhì)流經(jīng)葉輪時(shí)的狀態(tài)更加穩(wěn)定，減少因介質(zhì)流量不足所造成的汽蝕現(xiàn)象。此外，也要對離心泵的其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，例如可以安裝誘導(dǎo)輪，提高葉輪入口處流體的壓力，部分情況下安裝誘導(dǎo)輪之后實(shí)際泵的汽蝕余量可以降低70%左右，能夠進(jìn)一步提高流體介質(zhì)流動(dòng)的穩(wěn)定性，確保離心泵運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

2.2 提高有效汽蝕余量

將泵的必須汽蝕余量設(shè)為NPSHr，將泵裝置的有效汽蝕余量設(shè)為NPSHa，并對二者之間的關(guān)系進(jìn)行探討，可以得知，隨著NPSHr值的不斷擴(kuò)大，離心泵的汽蝕現(xiàn)象會(huì)越來越嚴(yán)重；在NPSHr＞NPSHa時(shí)，離心泵的汽蝕現(xiàn)象會(huì)十分明顯。因此需要提高離心泵裝置的有效汽蝕余量。想要提高離心泵裝置的有效汽蝕余量NPSHa，需要從三個(gè)方面入手：①可以對吸入管道進(jìn)行一定優(yōu)化處理，為流體介質(zhì)的傳輸提供一定環(huán)境條件。例如，可以定期對離心泵進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，對泵的進(jìn)口管道管件閥門等進(jìn)行認(rèn)真的清潔檢查，避免管道內(nèi)異物影響物料的正常輸送，造成物料堆積，否則會(huì)對管道和整個(gè)離心泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。②可以適當(dāng)增加儲罐物料的吸入壓力，通過這種方法也可以提升裝置的有效汽蝕余量NPSHa，減少汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，當(dāng)離心泵輸送物料的溫度較高時(shí)，尤其要注意這個(gè)問題。③還可以對離心泵裝置的結(jié)構(gòu)臨時(shí)改裝，解決汽蝕余量不足的情況。例如，在發(fā)現(xiàn)裝置汽蝕余量不足時(shí)，可以使用筒帶泵，以此來降低泵的安裝高度，進(jìn)而減少介質(zhì)傳輸過程中的壓力損失，保證裝置的有效汽蝕余量達(dá)到一定水準(zhǔn)。在設(shè)計(jì)布置離心泵進(jìn)口管線的過程中，要注意對裝置的有效汽蝕余量NPSHa的提升和控制，以減小離心泵運(yùn)行中汽蝕現(xiàn)象發(fā)生的概率，延長離心泵的使用壽命。

2.3 改進(jìn)材料使用

不同材料的抗汽蝕性能具有很大的不同，例如在相同時(shí)間條件下，對牌號為HT200和QT400-15的材料進(jìn)行抗汽蝕測試，可以發(fā)現(xiàn)后者的失重質(zhì)量比前者減少了20%左右，差距十分明顯。因此需要改進(jìn)離心泵材料的使用，盡可能使用具有抗汽蝕性能的材料，強(qiáng)化離心泵的抗汽蝕能力，最小化汽蝕現(xiàn)象所帶來的危害[3]。一方面，在制造離心泵，特別是制造葉輪部件時(shí)，要采用強(qiáng)度高、韌性好的高質(zhì)量材料，例如高鎳鉻合金、鋁青銅、鈦合金等，該類材料的化學(xué)性質(zhì)一般比較穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)槠g的侵蝕而產(chǎn)生性狀改變，能夠更好地保證離心泵運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低汽蝕現(xiàn)象所帶來的危害。另一方面，可以對材料進(jìn)行一定程度的處理，優(yōu)化材料的性能。例如，對于過流部件，就可以進(jìn)行一定的熱處理，或?qū)ζ浔砻孢M(jìn)行噴涂電鍍堆焊材料處理等方式，提升該部件的硬度，降低汽蝕現(xiàn)象對該部件所帶來的影響。對材料的使用性能進(jìn)行改進(jìn)并不能從根本上解決汽蝕問題，主要效果在于防護(hù)汽蝕所帶來的設(shè)備損壞，但同樣對延長離心泵的使用壽命具有一定的幫助作用。

2.4 強(qiáng)化操作規(guī)范

要優(yōu)化關(guān)于離心泵的部分操作，避免操作不當(dāng)導(dǎo)致嚴(yán)重的汽蝕現(xiàn)象，影響離心泵的正常使用。首先，要做好離心泵流量的觀測和控制。流量過大和過小都會(huì)導(dǎo)致汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生概率上升，參照離心泵自身的性能曲線可知，在日常生產(chǎn)中其流量控制范圍應(yīng)當(dāng)在泵的優(yōu)先工作區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，超過泵的允許工作區(qū)域都是不合理的。因此工作人員必須時(shí)刻關(guān)注離心泵的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常則要及時(shí)對其進(jìn)行調(diào)整。其次，要選擇合適的流量調(diào)節(jié)方法，明確各項(xiàng)調(diào)節(jié)操作的規(guī)范。例如，在離心泵啟動(dòng)時(shí)，一般會(huì)暫時(shí)關(guān)閉出口閥門，以節(jié)約啟動(dòng)所需的電流并做好初期流量控制；在進(jìn)行閥門操作時(shí)，要明確出口閥門關(guān)閉的具體時(shí)間，避免關(guān)閉時(shí)間過長造成介質(zhì)熱量堆積，導(dǎo)致離心泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。最后，要加強(qiáng)對離心泵檢查修理操作規(guī)范的制定。要按照規(guī)定做好離心泵的日常運(yùn)行檢查及故障修復(fù)工作，監(jiān)測設(shè)備的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)是否在正常值范圍內(nèi)，避免操作不當(dāng)可能出現(xiàn)的汽蝕現(xiàn)象，并對出現(xiàn)故障的離心泵及時(shí)地進(jìn)行修復(fù)處理。消除汽蝕現(xiàn)象及故障對離心泵帶來的不良影響，提高其運(yùn)行質(zhì)量。

3 結(jié)語

離心泵在使用過程中的汽蝕現(xiàn)象會(huì)造成過流部件損壞、運(yùn)行性能下降、噪聲和振動(dòng)現(xiàn)象頻發(fā)、離心泵的應(yīng)用技術(shù)水平得不到提升等問題。因此要采用多種手段對離心泵汽蝕問題進(jìn)行防范和處理，提前做好離心泵及裝置生產(chǎn)管線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提升裝置有效汽蝕余量NPSHa 等工作。汽蝕問題會(huì)嚴(yán)重影響離心泵的使用，因此其防范和處理必須得到足夠的重視，只有汽蝕現(xiàn)象得到合理的防范和解決，離心泵才能在各個(gè)行業(yè)中充分發(fā)揮作用。