汽蝕對(duì)離心泵的影響
汽蝕是離心泵的常見問題,會(huì)引起泵振動(dòng)和噪音的增加、性能的下降、造成泵零部件的嚴(yán)重?fù)p壞。只有全面、正確地理解離心泵的汽蝕性能,才能科學(xué)合理地設(shè)計(jì)或選擇出滿足用戶裝置要求的產(chǎn)品。
泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,當(dāng)泵送液體流經(jīng)過流部件的某些局部區(qū)域因某些原因、液體的絕對(duì)壓力降低到泵送溫度下液體的飽和蒸汽壓力(汽化壓力)時(shí),液體便在此處發(fā)生汽化,產(chǎn)生蒸汽、形成汽泡;同時(shí),溶解于液體中的氣體也會(huì)以汽泡的形式析出,在局部區(qū)域形成兩相流。
當(dāng)汽泡移動(dòng)到高壓區(qū)時(shí),汽泡周圍的高壓液體將會(huì)使汽泡迅速凝結(jié)縮小、破裂。在汽泡凝結(jié)縮小、破裂的瞬間,汽泡周圍的液體將高速填充(汽泡凝結(jié)破裂形成的)空穴,產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波。當(dāng)汽泡破裂發(fā)生在過流部件的固體壁面時(shí),將會(huì)對(duì)固體壁面形成高速微射流,導(dǎo)致局部受到腐蝕破壞。這種產(chǎn)生汽泡和汽泡破裂使過流部件遭到破壞的過程就是泵的汽蝕過程。
一、引起離心泵汽蝕的主要原因有四種:
(1)汽化汽蝕(Vaporization cavitation)
(2)內(nèi)部回流汽蝕
(Internal recirculation cavitation - Suction specific speed)
(3)葉片流道綜合癥汽蝕
(Vane passing syndrome cavitation)
(4)紊流汽蝕
(Flow turbulence cavitation)
1、 葉片流道綜合癥汽蝕
這種汽蝕破壞是由于導(dǎo)葉(對(duì)于導(dǎo)葉式泵)或蝸舌(對(duì)于蝸殼式泵)與葉輪葉片外徑之間的間隙太小所引起的。當(dāng)液體流經(jīng)該小通道時(shí),液體的流速增加引起液體壓力的下降、局部汽化,產(chǎn)生汽泡,然后在較高的壓力下破裂,導(dǎo)致汽蝕。這種汽蝕通常發(fā)生在導(dǎo)葉或蝸舌的內(nèi)側(cè)及葉輪葉片中心。
2、紊流汽蝕
當(dāng)有某種東西干擾或阻礙(如腐蝕、堵塞、直徑突變等)液體在泵中正常流動(dòng)時(shí),就會(huì)發(fā)生紊流改變液體的流速,液體流速的改變會(huì)引起壓力的改變,壓力的改變會(huì)引起液體的汽化、汽蝕。這種汽蝕通常發(fā)生在與泵連接的管道中。
3、汽化汽蝕
當(dāng)液體的壓力低于其汽化壓力或者溫度太高時(shí),液體便會(huì)發(fā)生汽化,導(dǎo)致汽蝕。這種汽蝕發(fā)生在泵的吸入側(cè)。
4、內(nèi)部回流汽蝕
當(dāng)泵送流量太小或入口壓力太高時(shí),就會(huì)發(fā)生回流現(xiàn)象。當(dāng)泵送流量太小時(shí),內(nèi)部回流發(fā)生在葉輪的入口;當(dāng)泵入口壓力太高時(shí),內(nèi)部回流發(fā)生在葉輪出口處。內(nèi)部回流致使液體流速的增加直至汽化產(chǎn)生汽泡,然后在周圍較高壓力下破裂。當(dāng)吸入口發(fā)生內(nèi)部回流時(shí),在泵的吸入口周圍會(huì)發(fā)出不規(guī)則的噼噼啪啪的噪音,并伴有高強(qiáng)度的爆震聲。
二、 汽蝕余量NPSH(net positive suction head,凈正吸入壓頭)
ANSI/API610第11版標(biāo)準(zhǔn)[1]定義如下:
NPSH為從基準(zhǔn)面算起的泵絕對(duì)吸入總壓頭減去液體的汽化壓力。
1、裝置汽蝕余量NPSHA(net positive suction head available)
裝置汽蝕余量又稱有效汽蝕余量、有效的凈正吸入壓頭,是與泵的操作系統(tǒng)有關(guān)的參數(shù),等于液體到達(dá)泵的入口時(shí)的壓頭減去汽化壓力頭后液體的剩余壓力頭。
2、必需汽蝕余量NPSHR(net positive suction head required)
必須汽蝕余量又稱必須的凈正吸入壓頭,它是與泵本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的參數(shù)。當(dāng)液體從泵的入口進(jìn)入葉輪入口時(shí),在葉輪葉片離心力的作用下,速度增加、壓力下降。
必須汽蝕余量是泵吸入口必需的實(shí)際的正壓頭,其主要是克服泵內(nèi)的壓力下降并保持液體的壓力在汽化壓力之上。必需汽蝕余量有三種:
NPSH3:將揚(yáng)程(一級(jí)葉輪)下降3%作為汽蝕的判別點(diǎn),ANSI/HI9.6.1、ISO9906、ANSI/API610等標(biāo)準(zhǔn)所推薦,并被全球泵行業(yè)廣泛接受。測(cè)量容易,也比較可靠。普遍應(yīng)用于各種離心泵。
NPSH0:將揚(yáng)程即將開始快速下降、但下降為0%作為汽蝕的判別點(diǎn),定義容易,但測(cè)量較困難。常用于軸流泵和混流泵。
NPSHi(即NPSH incipient汽蝕初生):將一只汽泡產(chǎn)生時(shí)作為汽蝕的判別點(diǎn),較NPSH3和NPSH0更嚴(yán)格。定義容易,但所需的測(cè)量技術(shù)復(fù)雜、成本非常高。常用于葉輪入口流速較高的高吸入能量泵。
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