何为气蚀?
泵的流速越大,泵入口和叶轮中心之间的压降越大。如果压降足够高,或温度足够高,当局部压力降低到饱和蒸汽压之下,流体会快速蒸发。叶轮中心压力降低时所形成的气泡随着流体流向叶片。当气泡进入的区域局部压力高于叶片外的饱和蒸汽压时,气泡就会突然破裂,对叶片边缘造成损坏。这种气泡的形成和破裂现象就称为气蚀。
被气蚀损坏的叶轮
2气蚀的常见原因
蒸发
水中可溶解高达12%的空气。在特定的运行条件下,溶解在水中的空气会蒸发。流体压力过低或温度过高时,就会蒸发。所有离心泵都有一个必需吸入扬程(压力),该扬程值由泵的制造商以清水为介质在℃下测定。水从源头流经管道到达泵的吸入端时会有压力损失,因此所需扬程值要在压力损失计算出来以后再确定。
当泵没有得到正确的冷却时,流体也会蒸发。因此热量的聚集会导致泵内流体的蒸发,形成气泡。泵的入口过高、堵塞或者设计不佳、泵的冷却不足或吸滤器受阻都会导致溶解的空气蒸发。为了解决蒸发问题,必须提高吸入扬程,降低流体温度,减小必需气蚀余量()或避免热量在泵内累积。
涡流
流体能够以稳定的流速流经管道是理想不过的。但水池的搅动、入口过滤器的堵塞和腐蚀都会改变液体的流速。流速改变,压力相应也会改变。在多级泵系统中,不同流速的流体汇合时可能会造成涡流,不同流体路线之间的摩擦还会增加剪切应变(图1)。这一情况可以通过管道的合理布置来避免,例如:确保泵吸入口的间距,管道的第一个弯曲处至少为管道直径的10倍。将吸入口放置在不同的区域内,防止相互干扰。
回流
当流经泵的流体速度较低时就会发生内部回流。这种现象可以在叶片的边缘用肉眼看到。一共有两种回流形式,它们可以在入口和出口处同时或分别出现。两种回流形式都是由于方向相反的流体进入泵的吸入口造成的,它们会在叶轮中心或附近、入口管道或在吸入口内形成高速涡流。较高的流速会导致局部压力过低,当其低于流体的蒸汽压之时,发生气蚀的可能性就会增加。
叶片通道狭窄
当叶轮通道的外径与泵的分水角处直径过于接近时,就会发生这种气蚀损坏。当流体流经较窄的通道时,流速会增加,从而引起压力的降低,导致局部蒸发和脉动。该过程所形成的气泡一旦到达分水角外的高压区就会破裂。这种破坏对于叶轮盖板出口边缘、叶轮中心和泵壳下游以及分水角后侧的破坏是有限的。对于较小的叶轮(14英寸或以下),如果叶轮尖端和分水角处之间的最小间隙为叶轮直径的4%,那么就可以避免叶片通道过窄;对于较大的叶轮(大于14英寸),建议最小间隙为叶轮直径的6%。
3预防和控制
泵运行时产生的故障声响是离心泵发生气蚀的一个征兆。气蚀的其他征兆还有:功率消耗过大和出口压力的波动等。在良好的运行条件下,这些迹象应该很容易地被发现且马上被识别出来。如果离心泵正遭受气蚀,对系统的设计或操作进行一些改变,将装置气蚀余量(NPSHa)提升至NPSHr之上,有可能会消除气蚀现象。
1、提高NPSHa: 这可以通过增加泵吸入口的压力实现。例如,当泵从密封的储罐中吸取流体时,增加液体上部空间的压力或提升储罐的液位都会增加吸入压力。
2、降低NPSHr: 对于一台特定的泵来说,NPSHr不是恒定不变的。起初,NPSHr随着流速的增加而增加。因此,流速的降低可以减小泵的NPSHr值。另一个因素是泵的转速。叶轮转速越快,NPSHr值越大。 因此,叶轮转速减小,NPSHr值也会减小。