浅谈离心泵汽蚀现象产生的原因及处理方法

展鹏

（天津渤化永利化工股份有限公司丁辛醇分厂，天津300450）

高速离心泵是丁辛醇装置的主要设备之一，是丁辛醇长期稳定运行的重要保证。但是，在离心泵的使用和维护中，有很多问题需要引起我们的注意。其中尤为突出的是离心泵的汽蚀问题。有效地防止离心泵的汽蚀，不仅能够使装置运行得更稳定，而且能够延长离心泵的使用寿命。

1 汽蚀的产生

当启动离心泵后，泵轴带动叶轮高速旋转，流体从叶轮获得能量，并随之旋转。在离心力作用下流体在进行圆周运动的同时还作径向运动。从叶轮中心被迅速甩向泵壳。流体进入泵壳后由于流道增大，其速度减小，大部分动能转化为静压能，使汇集到泵壳的流体形成高压液流从泵的出口排出。当泵内流体自叶轮甩向泵壳时，在叶轮中心处形成低压区，入口阀门处的流体在大气压力推动下，经吸入管吸入泵内。只要叶轮持续转动，流体就会被连续不断地吸入和排出，达到输送流体的目的。

离心泵在工作中产生了噪音和振动，导致流量、扬程和效率的降低，有时甚至不能工作，当检修这台泵时，常常可以发现叶片入口边靠前盖板处和叶片进口边附近有麻点或蜂窝状破坏。在实际运行中，有很多离心泵是由于汽蚀所破坏的。离心泵工作时，在叶轮中心区域产生真空形成低压而将液体吸上。形成的低压越低，则离心泵的吸上能力越强，表现为吸上高度越高。但是，真空区压强太低，以至于低于液体的饱和蒸汽压，则被吸上的液体在真空区发生大量汽化产生气泡。含气泡的液体进入高压区后急剧凝结或破裂。因气泡的消失产生局部真空，周围的液体就以极高的速度流向气泡中心，瞬间产生了极大的局部冲击力，造成对叶轮和泵壳的冲击，使泵体的材料受到破坏。我们常把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，称为汽蚀现象（见图1）。

图1 汽蚀损坏的叶轮

2 现场设备的运行状况

丁辛醇装置共有10台高速泵，型号分别为GSB-L1和GSB-L2，均由北京航天十一所制造。GSB-L1型立式高速泵为单级单吸部分流式离心泵，由电动机、齿轮增速箱(二级增速)、泵及其附件组成。高速离心泵是丁辛醇生产装置输送介质的重要设备。

丁辛醇分厂P08103泵是高速离心泵，输送的介质是催化剂和醛溶液，扬程225m，泵转速6882r/min。由于高速离心泵转速快，极易发生汽蚀现象。2011年12月，出现了噪音大，泵体和管路震动，泵不上量等情况，初步判断是泵产生了汽蚀。

高速离心泵产生汽蚀的原因很多，而有效汽蚀余量小于必需汽蚀流量是直接原因，而引起有效汽蚀余量降低的主要原因有如下四个方面：

1）大流量引起叶轮进口速度增加，从而引起泵进口至叶轮以及进口管路中的压力降增加；

2）非常低的流量造成液体不正常升温，液体从叶轮获得能量，以及泵内部间隙增大引起内部泄漏增加，使液体获得附加能量，引起液体汽化；

3）系统的变化引起进口压力损失（液位下降或进口管路阻塞）；

4）泵进口系统中液体被意外加温，引起泵进口液体汽化压力升高。

经过排查最终判断是系统的变化引起进口压力损失，在将液位计清理及进口管路疏通后，103泵的汽蚀问题得到解决。

3 汽蚀的危害

3.1 汽蚀使过流部件被剥蚀破坏通常离心泵受汽蚀破坏的部位，先在叶片入口附近，继而延至叶片出口。起初是金属表面出现麻点，继而表面呈现槽沟状、蜂窝状、鱼鳞状，严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔，甚至叶轮破裂，如图1叶轮上就损坏。

3.2 汽蚀使泵的性能下降汽蚀使叶轮和流体之间的能量转换遭到严重的干扰，使泵的性能下降，严重时会使液流中断无法工作。

3.3 汽蚀使泵产生噪音和振动气泡溃灭时，液体互相碰撞并撞击壁面，会产生各种频率的噪音。严重时可听到泵内有“噼啪”的爆炸声，同时引起机组的振动。而机组的振动又进一步促使更多的气泡产生与溃灭，如此互相激励，导致强烈的汽蚀共振。如103泵之前发现有噪音和振动就是汽蚀的表现。

4 泵汽蚀的原因分析及解决办法

4.1 泵汽蚀的原因分析

泵发生汽蚀的条件是由泵本身和吸入装置两方面决定的。因此，研究汽蚀发生的条件，应从泵本身和吸入装置双方来考虑，泵汽蚀的基本关系式为：

其中：

NPSHa——装置汽蚀余量又叫有效汽蚀余量，越大越不易汽蚀；

NPSHr——泵汽蚀余量，又叫必需的汽蚀余量或泵进口动压降，越小抗汽蚀性能越好；

NPSHc——临界汽蚀余量，是指对应泵性能下降一定值的汽蚀余量；

[NPSH]——许用汽蚀余量，是确定泵使用条件用的汽蚀余量，通常取 [NPSH]=（1.1～1.5）NPSHc。

所以泵发生汽蚀的条件是NPSHa＜NPSHr，即有效汽蚀余量小于必须汽蚀余量。

4.2 泵汽蚀的解决办法

欲防止发生汽蚀必须提高NPSHa，使NPSHa＞NPSHr可防止发生汽蚀的措施如下：

1）减小几何吸上高度hg；

2）减小吸入损失hc，为此可以设法增加管径，尽量减小管路长度，弯头和附件等；

3）防止长时间在大流量下运行；

4）在同样转速和流量下，采用双吸泵，因减小进口流速、泵不易发生汽蚀；

5）泵发生汽蚀时，应把流量调小或降速运行；6）泵吸水池的情况对泵汽蚀有重要影响；

7）对于在苛刻条件下运行的泵，为避免汽蚀破坏，可使用耐汽蚀材料。

5 结束语

通过分析103泵产生汽蚀的原因，所有解决办法的目的都是使有效汽蚀余量大于必须汽蚀余量，这样才能有效地防止离心泵的汽蚀，不仅能够使装置运行得更稳定，而且能够延长离心泵的使用寿命。