不銹鋼耐腐蝕離心泵被廣泛應用于石化、冶金、水利、電力及核電等工業(yè)領(lǐng)域，在各種生產(chǎn)裝置中對液體介質(zhì)進(jìn)行動(dòng)力輸送，其性能可靠性對于裝置的正常運行有著(zhù)非常重要的作用。汽蝕是不銹鋼耐腐蝕離心泵運行中的一個(gè)重要現象，是影響耐腐蝕不銹鋼離心泵運行可靠性和使用壽命最常見(jiàn)的問(wèn)題，同時(shí)也是影響其向大流量、高轉速方向發(fā)展的一個(gè)巨大的障礙，因此汽蝕成為目前泵類(lèi)研究中的一個(gè)重要課題。

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　　1.不銹鋼耐腐蝕離心泵汽蝕的產(chǎn)生原理

　　汽蝕是一種液體動(dòng)力學(xué)現象，發(fā)生的根本原因在于液體在流動(dòng)過(guò)程中出現了局部壓力降，形成了低壓區。根據物理學(xué)知識可以知道，對于某種液相介質(zhì)，在一定溫度下對應著(zhù)一定的飽和蒸汽壓Pv，當介質(zhì)的壓力小于Pv時(shí)就會(huì )發(fā)生汽化。離心泵運轉時(shí)，介質(zhì)進(jìn)入泵吸入口后，在葉輪沒(méi)有對介質(zhì)做功前，壓力是逐漸降低的，當壓力降低到該處相應溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，介質(zhì)就會(huì )沸騰汽化，使原來(lái)流動(dòng)的介質(zhì)出現大量的氣泡，氣泡中包含著(zhù)輸送介質(zhì)的蒸汽以及原來(lái)溶解在介質(zhì)中而逸出的空氣。當氣泡隨同液流從低壓區流向高壓區時(shí)，由于轉動(dòng)的葉輪對介質(zhì)做功，介質(zhì)壓力迅速上升，當壓力大于該處相應溫度下的飽和蒸汽壓Pv時(shí)，氣泡又會(huì )重新凝結成為液相，瞬間形成大量的空穴，而周?chē)囊合嘟橘|(zhì)以高速沖向空穴相互撞擊，使得空穴處的局部壓力陡增。這種液擊是一種高強度、高頻率的沖擊，其壓力可達數百個(gè)大氣壓以上，水擊頻率高達25000次/秒，材料壁面上因受到如此高頻率、高壓力的重復載荷作用而逐漸產(chǎn)生疲勞破壞。在某些工況下，泵送介質(zhì)中可能溶解有活性氣體(如氧氣等)，借助于介質(zhì)由氣相凝結成液相時(shí)會(huì )釋放大量的熱量，對金屬產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，加速腐蝕破壞的速度，致使金屬表面出現麻點(diǎn)、穿孔甚至斷裂。這種在泵內出現的液相介質(zhì)汽化、凝結、沖擊，以致金屬材料腐蝕破壞的現象總稱(chēng)離心泵的汽蝕。

　　2.不銹鋼耐腐蝕離心泵汽蝕的危害

　　汽蝕會(huì )影響離心泵的正常運行，引發(fā)許多嚴重后果。

　　2.1 汽蝕會(huì )使離心泵的性能下降

　　離心泵是通過(guò)葉輪的旋轉將能量傳遞給介質(zhì)，轉化為介質(zhì)的壓力能，但汽蝕會(huì )對葉輪和液體之間的能量傳遞造成嚴重干擾。當汽蝕發(fā)生時(shí)會(huì )在介質(zhì)中產(chǎn)生大量的氣泡，堵塞了葉輪流道，并在局部產(chǎn)生漩渦，增大流動(dòng)損失，使泵的流量、揚程和效率均有所下降，嚴重時(shí)還會(huì )導致斷流，使離心泵無(wú)法正常工作。從圖2汽蝕嚴重時(shí)離心泵的性能曲線(xiàn)上來(lái)看，在汽蝕比較嚴重時(shí)，各項性能指標發(fā)生陡降。

　　2.2 汽蝕會(huì )損壞過(guò)流部件

　　在離心泵的過(guò)流部件中葉輪是受汽蝕影響最大的零件，當發(fā)生汽蝕時(shí)，金屬材料表面會(huì )逐漸產(chǎn)生許多小麻點(diǎn)，繼而麻點(diǎn)不斷發(fā)展擴大呈蜂窩狀、溝槽狀，嚴重時(shí)就會(huì )形成穿孔，甚至造成葉輪的斷裂，嚴重影響泵的使用壽命。

　　2.3 汽蝕致使泵產(chǎn)生噪音與振動(dòng)

　　當發(fā)生汽蝕時(shí)，高頻的液體相互撞擊會(huì )產(chǎn)生各種噪音，嚴重時(shí)泵內會(huì )發(fā)出噼噼啪啪的爆炸聲，同時(shí)誘發(fā)泵機組的振動(dòng)，而泵機組的振動(dòng)又會(huì )加速氣泡的產(chǎn)生與破裂。當液擊的頻率與泵機組的固有頻率相同時(shí)，就會(huì )發(fā)生強烈的汽蝕共振，使振幅迅速增大，此時(shí)若要保護離心泵不會(huì )發(fā)生更大的破壞，就必須立即停車(chē)檢查。

　　2.4 汽蝕制約了離心泵的發(fā)展

　　隨著(zhù)科技不斷進(jìn)步，現代化工業(yè)要求離心泵要向大流量和高揚程發(fā)展，這就需要提高介質(zhì)的流速，根據流體力學(xué)，液體流速越高，入口壓力損失越大，更加容易產(chǎn)生汽蝕。因此，提高泵抗汽蝕性能，研究汽蝕機理，是離心泵發(fā)展中的重要研究課題。

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　　3.不銹鋼耐腐蝕離心泵離心泵汽蝕的識別

　　汽蝕是造成離心泵的性能和效率下降的主要原因之一，及時(shí)識別出汽蝕的發(fā)生，便于采取相應的防范措施，實(shí)際生產(chǎn)中可根據如下幾種辦法判別是否發(fā)生了汽蝕。

　　3.1 根據揚程識別

　　這是一種簡(jiǎn)單易行，且在業(yè)內得到廣泛應用的方法。由圖1可知，當汽蝕發(fā)生時(shí)，離心泵的揚程會(huì )急劇下降。API610標準中，將離心泵揚程(對于多級泵而言是首級揚程)下降3%，作為性能斷裂的標志，并依此判定離心泵的必需汽蝕余量NPSHr的數值。通常當離心泵特性曲線(xiàn)上揚程下跌3%時(shí)，我們認為這個(gè)點(diǎn)是其發(fā)生汽蝕的臨界點(diǎn)，但是在泵發(fā)生汽蝕的初始階段，離心泵揚程的變化并不是很明顯，而當揚程變化明顯時(shí)，汽蝕已經(jīng)發(fā)展到了一定程度，所以用揚程來(lái)判斷離心泵的汽蝕具有一定的滯后性。

　　3.2 根據噪音識別

　　汽蝕發(fā)生時(shí)由于液體撞擊會(huì )產(chǎn)生各種噪聲，并且當汽蝕嚴重時(shí)，可聽(tīng)到泵內發(fā)出類(lèi)似于爆竹的噼噼啪啪的聲音。我們可以據此作為汽蝕的判斷。

　　3.3 根據振動(dòng)識別

　　離心泵的汽蝕伴隨著(zhù)泵體的振動(dòng)，因此可以在泵體上加振動(dòng)傳感器，當泵運行時(shí)發(fā)現振動(dòng)與正常有異，應該首先考慮是否發(fā)生了汽蝕。在實(shí)際生產(chǎn)中，我們可以根據經(jīng)驗感覺(jué)出泵體振動(dòng)的不同，從而初步判定是否產(chǎn)生了汽蝕。

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　　4.不銹鋼耐腐蝕離心泵汽蝕的防范措施

　　根據汽蝕產(chǎn)生的條件，若要避免離心泵產(chǎn)生汽蝕，應當確保NPSHa>NPSHr,且應當留有一定的余量。據此，可以在離心泵的設計、制造、使用過(guò)程中通過(guò)提高NPSHa或者降低NPSHr來(lái)避免產(chǎn)生汽蝕。

　　4.1 改進(jìn)泵的結構設計

　　改善泵的汽蝕性能，可以從降低泵的必需汽蝕余量著(zhù)手，根據離心泵必需汽蝕余量公式：

　　式中：v0——葉輪進(jìn)口平均流速，通常指葉輪喉部液體絕對速度，m/s;

　　ω0——葉輪進(jìn)口處液體的相對速度，m/s;

　　λ1——因液體從泵入口到葉輪進(jìn)口段速度增大和流向改變引起能量損失的校正系數;

　　λ2——流體繞過(guò)葉片頭部的壓降系數，與沖角、葉片數、葉片頭部形狀等有關(guān);

　　g——重力加速度，m/s2。

　　從公式(1)看出，NPSHr僅與泵本身的結構有關(guān)，而與介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)，由此可以從如下幾個(gè)方面改進(jìn)泵的結構，降低NPSHr：

　　(1)增大葉輪入口直徑D0，可使葉輪進(jìn)口流速v0減小;或者增大葉輪葉片入口邊寬度b1，可使葉輪入口處液體的相對速度ω0減小。但需要注意D0和b1并非是越大越好，而是有最佳的設計范圍，否則泵的效率會(huì )下降。

　　(2)適當增大葉輪蓋板進(jìn)口段的曲率半徑;將葉片適當的向葉輪入口邊延伸，并盡量使進(jìn)口處葉片薄;提高葉輪和葉片進(jìn)口部分的表面光潔度;增大葉片進(jìn)口角和采用正沖角;這些措施都可以降低流動(dòng)損失，使介質(zhì)流動(dòng)更加平穩，從而降低泵的NPSHr。

　　(3)選用雙吸葉輪，介質(zhì)從葉輪兩側流入，相當于增大了葉輪的入口面積，使流經(jīng)葉輪每一側的流量減少，從而降低葉輪的v0、ω0和λ2，提高了泵的抗汽蝕能力。

　　(4)為離心泵安裝誘導輪，可以對介質(zhì)進(jìn)行預增壓，增大了葉輪入口處的介質(zhì)壓頭，可以顯著(zhù)降低NPSHr。但誘導輪會(huì )增加軸向的安裝尺寸，且安裝了誘導輪的離心泵在小流量運行時(shí)，揚程會(huì )降低，從曲線(xiàn)上表現為出現了“駝峰”，因此在A(yíng)PI610標準中是不推薦離心泵加誘導輪的。

　　4.2 提高裝置有效汽蝕余量

　　在進(jìn)行裝置的設計時(shí)，盡可能進(jìn)行優(yōu)化設計，以提高泵吸入口的有效汽蝕余量NPSHa：

　　(1)適當增大泵吸入管路的直徑，采用盡可能短的吸入管長(cháng)度，降低管路內表面的粗糙度，減少不必要的彎頭、閥門(mén)等，以減少泵入口管段的管路損失，從而提高NPSHa。

　　(2)增大泵吸入儲罐介質(zhì)壓力，來(lái)提高NPSHa。

　　(3)當裝置所能提供的NPSHa不能滿(mǎn)足泵要求時(shí)，可以選擇合適的泵型，如筒袋泵，來(lái)降低泵的安裝高度，提高泵吸入口處的壓力。

　　4.3 使用抗汽蝕材料或對過(guò)流部件進(jìn)行涂層處理

　　當離心泵受工況等因素限制，不能完全避免汽蝕的發(fā)生時(shí)，可以采用抗汽蝕性能良好的材料來(lái)制造葉輪，以延長(cháng)葉輪的使用壽命。實(shí)踐證明，材料的強度、硬度越高，韌性越好，化學(xué)性能越穩定，材料的抗汽蝕性能就越好，常用的材料如含有鎳鉻的不銹鋼，鋁青銅，高鎳鉻合金等。此外，采用以環(huán)氧樹(shù)脂為基礎的抗汽蝕耐磨材料對離心泵過(guò)流部件表面進(jìn)行涂層處理比采用貴重的合金鋼要經(jīng)濟的多。

　　4.4 加強對泵的操作管理

　　在離心泵運行過(guò)程中，注意對泵的正確操作，不當操作會(huì )人為誘發(fā)離心泵的汽蝕。

　　(1)保證離心泵在允許工作區內工作。

　　(2)避免使用入口節流的方法來(lái)調節泵的流量。

　　(3)泵關(guān)閥啟動(dòng)的時(shí)間不能過(guò)長(cháng)。

　　(4)對于變速調節的泵，應避免泵的轉速過(guò)高。

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　　汽蝕是影響不銹鋼耐腐蝕離心泵正常運行和使用壽命的重要因素，了解其產(chǎn)生原理，采用適當的措施避免汽蝕的發(fā)生，可以降低或避免汽蝕產(chǎn)生的危害。本文介紹了避免汽蝕的常用措施，應根據具體的工藝要求和操作環(huán)境等因素，采用適當的措施來(lái)提高泵的抗汽蝕性能。