薛為亮

（射陽經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)安監(jiān)站，江蘇鹽城 224302）

0 引言

離心泵是一種依靠葉輪旋轉(zhuǎn)形成的離心力進(jìn)行液體輸送的裝置，具有體積小、操作簡單、類型多樣、使用時(shí)間長等優(yōu)勢，目前已廣泛應(yīng)用在化工、環(huán)境保護(hù)、生物制藥、水利建筑等眾多領(lǐng)域。隨著離心泵應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，其運(yùn)行安全性、可靠性、穩(wěn)定性得到人們?cè)絹碓蕉嚓P(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)離心泵在使用過程中易發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，從而降低離心泵性能，制約離心泵應(yīng)用作用發(fā)揮，造成離心泵使用安全隱患。因此，在明確認(rèn)知離心泵氣蝕危害的同時(shí)，有必要探究有效防止對(duì)策，保障設(shè)備長效穩(wěn)定運(yùn)行。

1 離心泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的原因

離心泵主要有泵體、泵軸、葉輪、軸承、填料函、閥門等構(gòu)成[1]。運(yùn)行前離心泵泵內(nèi)需要充滿液體，通電后在軸承轉(zhuǎn)動(dòng)作用下使葉輪旋轉(zhuǎn)，形成離心力，在離心力作用下增加液體流速和壓力，在壓力作用下液體由泵口排出。通常離心泵葉輪葉片進(jìn)口稍后位置是離心泵內(nèi)壓力的最低點(diǎn)，如果此位置壓力過低，等同于被輸送液體飽和蒸汽壓時(shí)，位于入口處的液體會(huì)在離心泵中汽化，生成大量的蒸汽泡并進(jìn)入到高壓區(qū)，在高壓作用下被瞬間壓碎，流體質(zhì)點(diǎn)高速度撞擊葉輪或泵殼，使其出現(xiàn)麻點(diǎn)、裂縫，長此以往呈海綿狀逐漸脫落[2]。這就是離心泵的氣蝕現(xiàn)象。

導(dǎo)致離心泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的因素有許多，可以歸納總結(jié)為以下兩大類。

（1）離心泵自身因素，包括自身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自身材料選擇等因素。在離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，其外部結(jié)構(gòu)參數(shù)多為固定參數(shù)，但內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在較大的可變性，如離心泵葉輪葉片設(shè)計(jì)不合理、離心泵液體入口形式設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)染鶗?huì)誘發(fā)氣蝕現(xiàn)象?；诩扔薪?jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)離心泵氣蝕的發(fā)生可分為氣蝕孕育、氣蝕上升、氣蝕穩(wěn)定以及氣蝕下降等階段，而各階段持續(xù)時(shí)間的長短與離心泵自身材料密切相關(guān)，如果所選材料的硬度、強(qiáng)度、耐腐蝕性等較差，則整個(gè)氣蝕過程所用時(shí)間較短，離心泵受氣蝕影響較大。

（2）外部因素。包括離心泵使用環(huán)境因素、離心泵安裝因素、輸送介質(zhì)因素、離心泵操作因素等。多數(shù)實(shí)踐證明，外部因素類型較多且是導(dǎo)致離心泵發(fā)生氣蝕的主要因素：低負(fù)壓環(huán)境與高溫環(huán)境容易增加離心泵氣蝕發(fā)生概率；離心泵管徑、輸送液體確定情況下，離心泵安裝高度過高，容易增加離心泵入口管線壓頭損失，并降低葉輪中心位置壓力，導(dǎo)致氣蝕現(xiàn)象發(fā)生；離心泵性能測試過程中多利用20 ℃清水為輸送介質(zhì)，如果離心泵實(shí)際應(yīng)用中輸送介質(zhì)密度大于清水，則會(huì)降低離心泵的允許安裝高度，提高氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生概率；在離心泵啟動(dòng)前未關(guān)注其所處狀態(tài)或做好設(shè)備檢修工作，也會(huì)增加氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的概率。

例如，某企業(yè)建成投產(chǎn)運(yùn)行6 個(gè)月之后，出現(xiàn)生產(chǎn)用水嚴(yán)重不足問題。在對(duì)現(xiàn)場內(nèi)設(shè)備進(jìn)行安檢時(shí)，了解到水泵房中的離心泵有不同程度的氣蝕現(xiàn)象，主泵葉輪上分布著密密麻麻的小孔，其中最大孔面積達(dá)到6 cm2。究其原因：①離心泵實(shí)際安裝高度遠(yuǎn)超過離心泵允許安裝高度；②主泵入口管堵塞，增加離心泵進(jìn)口阻力，操作人員在操作過程中沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)這一問題，針對(duì)供水不足現(xiàn)象通過增加泵的方式解決；③離心泵葉輪材料未達(dá)到實(shí)際要求。

2 離心泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的危害

離心泵氣蝕危害是明顯的，尤其是在離心泵廣泛應(yīng)用的現(xiàn)階段。其危害主要體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面。

2.1 提高設(shè)備運(yùn)行噪聲污染水平，使其異常振動(dòng)

在離心泵氣蝕過程中，當(dāng)蒸汽泡隨著液體進(jìn)入到高壓區(qū)后，發(fā)生蒸汽凝結(jié)、氣泡破裂現(xiàn)象，隨著氣泡消失局部真空，高壓液體迅速?zèng)_向氣泡原先所在位置，液體質(zhì)點(diǎn)之間的相互碰撞以及位于金屬表面蒸汽凝結(jié)的碎裂，會(huì)使離心泵出現(xiàn)爆豆似的噪聲。同時(shí)，這還會(huì)使離心泵發(fā)生異常振動(dòng)，降低其運(yùn)行穩(wěn)定性。

2.2 損壞離心泵部件，縮減其使用壽命

當(dāng)離心泵長時(shí)間處于氣蝕狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，葉輪、泵殼等受損程度將逐漸加大，當(dāng)金屬材料表面保護(hù)膜被完全破壞且受損位置的材料強(qiáng)度、硬度無法滿足承載需求時(shí)，將出現(xiàn)擊穿、腐蝕、脫落等問題，從而減少離心泵的使用壽命，使其運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)提高。

2.3 降低離心泵使用性能，出現(xiàn)停機(jī)故障

離心泵使用過程中，泵內(nèi)液體運(yùn)動(dòng)存在一定規(guī)律，可用離心泵特性曲線進(jìn)行標(biāo)識(shí)。有關(guān)研究表明，不同離心泵所具有的特性曲線不同，但曲線趨勢大致相同。圖1 是4B20 型離心泵的特性曲線。其中，η—qv曲線為“效率—流量曲線”，He'—qv曲線為“揚(yáng)程—流量曲線”，P—qv曲線為“功率—流量曲線”[3]。使用過程中當(dāng)該泵發(fā)生氣蝕后，泵內(nèi)介質(zhì)能量交換勢必發(fā)生改變，從而對(duì)離心泵性能產(chǎn)生不利影響。例如，氣蝕能夠降低離心泵葉輪轉(zhuǎn)速，加之氣泡隨著液體在流道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，降低離心泵流量，離心泵揚(yáng)程、功率、效率也將隨著流量的改變而改變，制約離心泵性能，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)斷流、停機(jī)故障。

圖1 離心泵特性曲線

3 防止離心泵氣蝕現(xiàn)象的對(duì)策

為了降低或減輕氣蝕現(xiàn)象的危害，根據(jù)離心泵氣蝕機(jī)理、氣蝕現(xiàn)象成因，建議從以下兩個(gè)方面入手來落實(shí)離心泵氣蝕現(xiàn)象防止對(duì)策。

3.1 基于自身因素的氣蝕防止對(duì)策

針對(duì)離心泵自身因素影響下的氣蝕防止，主要從離心泵設(shè)計(jì)與制造兩方面入手落實(shí)相關(guān)對(duì)策。

（1）適當(dāng)增加離心泵葉輪蓋板進(jìn)口段曲率半徑來控制泵內(nèi)壓力和液流速度，如可以適當(dāng)縮短葉輪入口與泵體之間的距離。

（2）適當(dāng)降低葉片進(jìn)口厚度，提高其表面光潔度，或改變?nèi)~片進(jìn)口的形態(tài)、使其近似于流線型，以增加介質(zhì)進(jìn)入面積、減少水力損失，提升離心泵抗氣蝕性能。

（3）可以在離心泵結(jié)構(gòu)體系中配置前置誘導(dǎo)輪，通過提前作用來改善液流壓力，提高離心泵抗氣蝕能力。應(yīng)用雙吸葉輪時(shí)，要盡可能保證兩側(cè)壓力平衡，使液流同時(shí)進(jìn)入并根據(jù)離心泵揚(yáng)程需求調(diào)整入口真空水平，降低進(jìn)口流速，規(guī)避氣蝕現(xiàn)象。

（4）在進(jìn)口管路設(shè)計(jì)時(shí)，可通過調(diào)整管路長度、彎曲度等方式，盡可能減少管路造成的壓力損失，保證介質(zhì)在管路內(nèi)的平穩(wěn)流動(dòng)。

（5）有效增加離心泵有效汽蝕余量，降低泵進(jìn)口動(dòng)壓降。通常在離心泵轉(zhuǎn)速、流量等參數(shù)確定后，離心泵的泵進(jìn)口動(dòng)壓降受葉輪幾何外形影響較大，因此可通過改變?nèi)~輪幾何外形方式來降低泵進(jìn)口動(dòng)壓降，提高離心泵抗氣蝕能力。

（6）合理選擇離心泵制造材料，通常以強(qiáng)度高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等材料為主。也可以根據(jù)離心泵應(yīng)用要求，利用能夠提高離心泵材料抗腐蝕性能、抗氣蝕性能的方法和技術(shù)進(jìn)行材料處理，如熱強(qiáng)化處理技術(shù)、滲碳處理技術(shù)等。

（7）提高離心泵過流部件精度。實(shí)踐證明，離心泵過流部件精度越高其所具有的抗氣蝕性能越高，離心泵發(fā)生氣蝕風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率越低，則氣蝕對(duì)離心泵結(jié)構(gòu)與性能的影響越小。

3.2 基于外部因素的氣蝕防止對(duì)策

針對(duì)外部因素，建議從以下6 個(gè)方面落實(shí)離心泵氣蝕防止對(duì)策，以增強(qiáng)離心泵運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性、可靠性和長久性。

（1）離心泵的氣蝕現(xiàn)象與離心泵安裝高度存在密切關(guān)系，因此應(yīng)高度重視離心泵的安裝管理。通常情況下，離心泵安裝高度多由離心泵制造廠家實(shí)驗(yàn)測定，并在使用說明中明確標(biāo)出。但由于離心泵制造廠家實(shí)驗(yàn)過程中所選用的輸送介質(zhì)為20 ℃清水。而輸送介質(zhì)濃度也是影響離心泵氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的關(guān)鍵因素。對(duì)此，離心泵安裝過程中，需根據(jù)離心泵運(yùn)營環(huán)境，做好離心泵安裝高程計(jì)量工作，以保證實(shí)際安裝高度適中在允許安裝高度之下，避免安裝高度過高造成的氣蝕現(xiàn)象發(fā)生。

（2）當(dāng)輸送介質(zhì)為水時(shí)，應(yīng)保證水流速度平穩(wěn)，能夠順利進(jìn)入且不會(huì)在離心泵內(nèi)產(chǎn)生逆流、渦旋等問題。同時(shí)，日常管理中應(yīng)做好儲(chǔ)水池清潔工作，避免雜物、淤泥過多而影響水流穩(wěn)定性。

（3）輸送介質(zhì)為其他液體時(shí)，應(yīng)盡可能降低輸送介質(zhì)的密度、合理控制其溫度，減少高密度、高溫度對(duì)氣化壓力的影響，有效降低離心泵氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）加強(qiáng)管控離心泵運(yùn)行參數(shù)的力度。在使用離心泵時(shí)，相關(guān)部門以及工作人員可根據(jù)離心泵運(yùn)行具體情況科學(xué)、合理調(diào)整離心泵參數(shù)，使其盡可能符合離心泵的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能降低運(yùn)轉(zhuǎn)速度，以減緩離心泵氣蝕現(xiàn)象的發(fā)展速度，便于設(shè)備維護(hù)人員在氣蝕孕育階段發(fā)現(xiàn)氣蝕并進(jìn)行氣蝕現(xiàn)象的早期處理。

（5）針對(duì)離心泵氣蝕現(xiàn)象制定科學(xué)且完善的日常維修養(yǎng)護(hù)方案，最大限度降低離心泵氣蝕現(xiàn)象發(fā)生后的影響，減少企業(yè)設(shè)備消耗，提高離心泵應(yīng)用綜合效果。在此過程中，可根據(jù)離心泵振動(dòng)情況、噪聲情況進(jìn)行氣蝕位置以及嚴(yán)重程度評(píng)估，并善于利用修復(fù)技術(shù)對(duì)腐蝕部件進(jìn)行處理，延長部件使用壽命。如部件損壞過重，應(yīng)及時(shí)更換抗腐蝕性強(qiáng)的新部件，維持離心泵穩(wěn)定與安全運(yùn)行。定期對(duì)離心泵進(jìn)行大規(guī)模檢查，在檢查過程中加大氣蝕易發(fā)位置檢查力度，以便準(zhǔn)確、全面、有效了解離心泵氣蝕程度，進(jìn)行針對(duì)性維修養(yǎng)護(hù)處理。

（6）建立完善操作制度，提高操作人員監(jiān)督管理意識(shí)，規(guī)范操作人員操作行為，避免操作不當(dāng)對(duì)離心泵穩(wěn)定運(yùn)行帶來的不利影響。

4 結(jié)束語

綜上所述，離心泵易受使用環(huán)境、運(yùn)行壓力、輸送介質(zhì)等因素影響發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，從而損害離心泵結(jié)構(gòu)，降低離心泵性能，縮短離心泵壽命，提高離心泵運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，為保證離心泵長時(shí)間穩(wěn)定、安全運(yùn)行，應(yīng)高度重視其管理工作，能夠通過離心泵合理選擇、合理安裝、規(guī)范操作、有效維護(hù)等降低離心泵氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生和影響。