新疆离心泵汽蚀安全裕量的讨论

新疆离心泵汽蚀安全裕量的讨论

汽蚀是离心泵运转进程中较常见的问题，会引起泵振荡和噪音的添加、功能的下降、构成泵零部件的严峻损坏。只要全面、正确地了解离心泵的汽蚀功能、合理挑选安全裕量，才干保证其安全安稳运转，并抵达预期的运用寿数。

安全裕量的大小，不仅涉及到离心泵能否长时刻安全安稳运转，还直接影响到设备/设备的出资成本。本文是作者关于离心泵汽蚀问题所写的第二篇专题文章，将搜集汇总不同规范/规范、一些世界同行对不同运用工况的离心泵汽蚀安全裕量的规则，并结合一些工程实践，与大家共享特定工况及核电站首要用泵的汽蚀安全裕量运用经历或要求，仅供同行们参考。

1关于汽蚀的几个概念

1.1 汽蚀余量

ANSI/API610第11版规范界说如下:

NPSH又称为净正吸入压头，是从基准标高算起的泵绝对吸入总压头减去液体的汽化压力。

1.2 设备汽蚀余量NPSHA

设备汽蚀余量又称有用汽蚀余量、有用的净正吸入压头，是与泵的操作体系有关的参数，等于液体抵达泵的进口时的压头减去汽化压力头后液体的剩余压力头。

1.3 必需汽蚀余量NPSHR

有必要汽蚀余量又称有必要的净正吸入压头，它是与泵本身的结构规划有关的参数。必需汽蚀余量首要有三种:

ŸNPSH3:将扬程(榜首级叶轮)下降3%作为汽蚀的判别点，ANSI/HI9.6.1、ISO9906、ANSI/API610等规范所引荐，并被全球泵行业广泛接受。丈量简单，也比较牢靠。遍及运用于各种离心泵。

ŸNPSH0:将扬程行将开端快速下降、但下降为0%作为汽蚀的判别点，界说简单，但丈量较困难。常用于轴流泵和混流泵。

ŸNPSHi(即NPSHincipient汽蚀初生):将榜首只汽泡产生时作为汽蚀的判别点，较NPSH3和NPSH0更严厉。界说简单，但所需的丈量技能复杂、成本非常高。常用于叶轮进口流速较高的高吸入能量泵。
2NPSH裕量考虑的要素

NPSHA与NPSHR之间的差值称为NPSH裕量;NPSHA与NPSHR之间的比值称为NPSH裕量比。

在大多数泵体系中，NPSHA趋于跟着流量的添加而减小，而NPSHR趋于跟着流量的添加而添加。NPSH裕量考虑的要素较多，详细如下:

2.1 叶轮进口流速

能够经过下降叶轮进口液体流速来下降NPSHR值，它是转速和叶轮进口直径的直接函数。

2.2 叶轮进口直径

能够经过加大叶轮进口直径来下降NPSHR值，从而添加叶轮该区域的静压头。但是，较大的叶轮进口直径会加重进口回流的影响，为此必需添加NPSH裕量。

2.3 吸入比转速

吸入比转速，是在最大叶轮直径和给定转速下、以最佳功率点的流量来核算的，是一个与离心泵吸入功能相关的指数。吸入比转速是衡量一台离心泵对内部回流的灵敏程度的评价尺度。

关于大多数泵规划，一般将低于约145公制单位(7500 美制单位)的吸入比转速值标明低值，而将高于约250公制单位(13000 美制单位)被以为高值。与较低的吸入比转速泵规划比较，较高的吸入比转速泵更有或许遇到不良的噪音和振荡，答应的运转区间也变得较窄。

2.4 泵送介质的影响

Ÿ泵送介质中的磨蚀物在汽蚀工况下会明显添加磨损率。

Ÿ少量夹带气体(1%至2%)能够缓冲汽蚀汽泡坍塌产生的冲击力，并能够削减由此产生的噪音、振荡和腐蚀损坏。

Ÿ液体中的添加剂或许会导致汽蚀损坏加重。

Ÿ液体的腐蚀性会加速汽蚀构成的危害。

2.5 运转规模

叶轮一般规划为在特定流量下运转，当超出规则的流量规模运转时，汽蚀的或许性会大大添加。关于经常在优先作业区(POR)外、但在答应作业区(AOR)内运转的泵，需求运用较大的NPSH裕量/裕量比。

2.6 资料

叶轮能够运用不同的资料制作。硬质塑料和复合资料一般是最不耐汽蚀的资料。铸铁和黄铜在常用金属中的损坏最为严峻，而不锈钢、钛和镍铝青铜在相同的汽蚀条件下的损坏要小得多。

2.7 泵大小

与较小的泵比较，大型泵(叶轮进口直径超越450mm)更简单呈现汽蚀损坏问题。

2.8 运转状况

汽蚀损坏与时刻有关。泵在汽蚀条件下运转的时刻越长，损坏程度越大。
3不同规范/规范对NPSH裕量的规则

3.1 UOP5-11-7规范

有必要有一个0.6米或NPSHA的15%的安全裕量，两者之间取大值。而且该安全裕量包含在体系核算中，因而，只要泵的NPSHR≤NPSHA即可。

3.2 ANSI/API610规范第11版

除了规则的NPSH3以外......一般期望有一个作业安全裕量，这个作业安全裕量足以在所有流量下(从最小接连安稳流量到最大预期运转流量)保护泵免遭回流、汽蚀引起的损坏。卖方应当依据详细的泵型和规则的运用条件引荐一个安全裕量。

3.3 GB/T16907-2014规范

NPSHA应有比NPSHR大10%的裕量，且该裕量不得小于0.5米。

3.4 ANSI/HI9.6.1-2012规范

规范针对不同运用的离心泵给出了引荐的最小裕量比或最小裕量值。

石油(烃类)流程泵

用于石油(烃类)服务的泵流程一般很安稳、且其蒸汽泡决裂(内爆速度较低)时开释的能量较少，因而能够以相对较低的NPSH裕量/裕量比成功运转。在AOR内运转时，主张在每个特定流量下，最小裕量比为1.1或最小裕量1.0 米，两者取大值。

化工流程泵

化工流程泵一般具有以下特色:经常以各种不同的流量运转、选用具有抗汽蚀资料的叶轮及NPSHA相对较低。

考虑到这些状况，主张化工流程泵运用以下最低NPSH裕量:

a) 关于吸入比转速＜210公制单位(11000美制单位)的泵，在AOR内运转时，每个特定流量下的最小裕量比为1.1或最小裕量0.6米，两者取大值。b) 关于吸入比转速≥210公制单位(11000美制单位)的泵，在POR内运转时，每个特定流量下的最小裕量比为1.1或最小裕量0.6米，两者取大值;关于经常在POR外(但在AOR内)运转的泵，每个特定流量下的NPSH裕量比应为1.2或1.0米的裕量，以较大者为准。
Ÿ电厂(非核)用泵

电厂用泵为水泵。与石油泵处理的碳氢化合物液体不同，冷水在蒸腾(闪蒸)时会急剧膨胀。当具有更高损坏能量的蒸汽泡决裂时，将导致更高的冲击速度、对泵零部件构成严峻损坏;而热水的特性类似于碳氢化合物液体。

典型的电厂运转周期不是恒定的，泵的流量随功率需求而改变很大。体系产生瞬变，或许导致泵吸入条件的快速改变，如压力和温度，关于锅炉给水体系中的泵尤其如此。电厂中的其它泵一般不会遭到锅炉水体系中的严峻瞬变的影响。


凝结水运用一般需求能够在非常低的绝对压力下运转的泵，立式筒袋结构经过榜首级叶轮上方的水位供给NPSHA。关于这样的运用，在最大流量下一般具有最小的NPSH裕量，而且泵有必要规划成能够接受一些汽蚀的状况下运转。榜首级叶轮应选用抗汽蚀资料。

循环/冷却水泵一般具有低于26 m/s的叶轮进口圆周速度。

冷却塔运用中的泵需求特别注意NPSH裕量。经过冷却塔泵循环的水高度含气，而且具有高浓度的溶解氧。为了抵达适宜的叶轮寿数，或许需求较大的裕量。因为泵送介质的腐蚀性，应该考虑挑选抗汽蚀的叶轮资料。

Ÿ 水/污水泵

经历标明，当在POR内运转时，NPSH裕量为1.0米足以抵挡大多数市政型水泵和污水泵运用中的汽蚀损坏。关于配有抗汽蚀资料制成的叶轮的泵，答应较低的NPSH裕量，请参见表2。

表2 - 水/污水泵NPSH裕量比/裕量

通用工业用泵

因为大多数通用工业泵都是在充溢抽吸的运用中运用的，因而，在没有任何NPSH裕量的状况下，泵在POR内的运转一般不会对泵的内部零部件构成实质性损坏。主张最小NPSH裕量比为1.05或0.6米的裕量，以较大者为准。

在较宽的AOR规模内运转时，主张最小NPSH裕量比为1.1或1.0米的裕量，以较大者为准。

4世界同行对NPSH裕量的规则

4.1SULZER公司

关于没有规则汽蚀准则的泵，将扬程下降3%作为汽蚀的判别点。关于接连运转的大多数运用工况，要求有足够的安全裕量。这个要求的安全裕量:

Ÿ跟着叶轮进口处圆周速度的添加而添加。

Ÿ假如选用抗汽蚀资料，则安全裕量能够恰当减小。

Ÿ跟着介质的腐蚀性添加而添加。

Ÿ取决于泵的运转条件、型式以及泵送介质的温度，例如介质为海水时，要求略微高一点的安全裕量;介质为烃类时，要求略微低一点的安全裕量。

关于单级扬程高的吸入叶轮，设备汽蚀余量应为必需汽蚀余量的SA倍，SA的近似取值规模参见图1。其中，当叶轮选用抗汽蚀功能低的铸钢资料时，SA取上线;当叶轮选用抗汽蚀功能高的铬钢资料时，SA取下线。

4.2 EBARA公司

假如用户没有规则，关于VS6型泵，介质为水系时，EBARA公司NPSH裕量取0.6米;介质为油系时，NPSH裕量取0.3米。不过，在工程实践中关于石化工况，用户一般要求NPSH裕量抵达1米。

关于其它泵型，用户没有规则时，NPSH裕量一般不低于0.6米。

4.3 ITT公司

关于规范的低吸入能量泵，避免汽蚀产生的有用方法是保证体系的设备汽蚀余量大于泵的必需汽蚀余量;而关于在答应操作规模内运转的高/很高吸入能量的泵，按美国水力学会ANSI/HI9.6.1规范的主张，有用汽蚀余量是必需汽蚀余量的1.2~2.5倍。

4.4 KSB公司

关于规范的低吸入能量泵，履行通用工业规范中的规则，NPSH裕量一般不低于0.6米。

关于高/很高吸入能量泵，特别是要求超长寿数的核电站重要用泵，其设备汽蚀余量比ANSI/HI 9.6.1规范规则的必需汽蚀余量的1.2到2.5倍要求更高。

5吸入能量的界说及对离心泵牢靠性的影响

5.1吸入能量的界说

离心泵的吸入能量 = 叶轮进口直径(m)×泵转速(rpm)×吸入比转速(m3/s, m, rpm)×泵送液体的比重【将选用公制单位推导出的吸入能量乘以系数2033.07就等于美制单位推导出的吸入能量】。

确认吸入能量是一个非常复杂的进程，现在没有开宣布单一的方程式或关系式精确地将所有这些要素联系在一起。引荐的裕量比一般是泵的NPSHR值的1至5倍，较高的值适用于高/很高的吸入能量泵。

关于大多数离心泵规划，吸入比转速值低于约135公制单位(7000美制单位)一般标明吸入能量低，而高于约385公制单位(20000美制单位)则被视为吸入能量高。

关于端吸泵，将吸入能量≥78700公制单位(160×106美制单位)界说为高吸入能量泵;关于卧式水平中开双吸泵，将吸入能量≥59000公制单位(120×106美制单位)界说为高吸入能量泵。很高吸入能量是高吸入能量值的1.5倍。为了便于估算，关于端吸型泵，能够假定叶轮进口直径大约是泵进口(法兰)通径的90%;而关于双吸中开泵，叶轮进口直径取泵进口(法兰)通径的75%。

5.2 吸入能量对离心泵牢靠性的影响

这种“吸入能量”概念的榜首次大规模验证之一是将其运用于两个工业工厂的现场维修记录中，两个工厂共有100大驾吸泵和中开泵。验证的结果是，跟着“吸入能量”值的添加，泵的牢靠性下降。

依据对数百台另外的离心泵的进一步经历发现，低吸入能量泵不会因汽蚀或内部回流而产生噪音、振荡或损坏，只要少数例外状况。当处理磨蚀性或对泵结构资料有腐蚀性的液体时，即便这种低吸入能量汽蚀也会被放大而构成损坏。此外，在汽蚀气泡构成进程中，在非常低的NPSH裕量条件下，空气或蒸汽或许从液体中开释出来，对机械密封产生晦气的影响。

具有高吸入能量和低NPSH裕量的泵，尤其是在进口回流规模内(低于泵AOR)运转时，或许会遭到具有低抗汽蚀性的叶轮资料(例如铸铁)的噪音、振荡和/或细微汽蚀腐蚀损坏。

除了叶轮资料以外，有几个变量能够减轻高吸入能量条件下的汽蚀损坏。另外两个首要的缓解要素是:榜首，夹带气体(空气)含量接近1%，例如纸浆和一些污水运用;第二，不会产生大的汽蚀气泡的液体(低热力学液体)，例如碳氢化合物和热水。

具有很高的吸入能量和较低的NPSH裕量的泵，特别是在进口回流规模内(低于泵AOR)运转时，即便运用不锈钢等抗汽蚀资料，也或许会遭到高振荡和腐蚀损坏。

6特定工况及核电站首要用泵NPSH裕量比/裕量的运用经历或要求

很多工程实践证明，高/很高吸入能量泵需求比当前工业规范引荐的更高的NPSH裕量比/裕量，特别是具有高/很高吸入能量的冷却塔水泵、核电站惯例岛主给水泵等，上述文章中引荐的NPSH裕量比/裕量远远不能满意叶轮规划运用寿数要求。

6.1工业冷却塔水泵

针对工业冷却塔水泵，ANSI/HI 9.6.1规范中给出了引荐的最小NPSH裕量比。规范一起指出“高吸入比转速泵，在高进口流速下运转，或许会在振荡较大的状况下宣布噪音，假如没有足够的NPSH裕量，或许会呈现低于最佳泵寿数的状况。”关于这种状况，不主张运用引荐的NPSH裕量值。

文献[8]~[10]对大型工业冷却塔上的六台大型全铸铁双吸中开泵进行了详细的分析研讨，并发现:高/很高吸入能量泵需求比当前工业规范引荐的更高的NPSH裕量比。当确认泵具有较高的吸入能量时，假如泵吸入能量不能下降，则需求比规范中列出的更高的NPSH裕量。至少，应为其供给优质的叶轮资料或防汽蚀涂层，尽管这会导致更高的初始成本。

在没有上述缓解要素中的状况下，高吸入能量泵一般需求在AOR内具有1.5到2.0的最小NPSH裕量比;而关于很高吸入能量泵，在AOR规模内引荐的最小NPSH裕量比为2.0至2.5。

6.2百万机组核电站惯例岛主给水及其它重要用泵

核电站首要用泵的特色是需求在频繁发动、测试形式、接连和瞬态条件下牢靠地运转，文献[6]引荐的最小裕量比为2.0至2.5，而文献[2]却没有对该类用泵(如反应堆冷却剂泵、上充泵、安喷安注泵、凝结水泵及很高吸入能量的惯例岛主给水泵等)NPSH裕量比/裕量给出详细规则。

主给水泵

该泵为单级双吸、径向剖分、蜗壳式泵，中心线支撑，经过齿轮箱(或液力偶合器)增速(或调速)来满意所需求的功能。其首要参数如下:

叶轮进口直径为0.375m(14.76英寸)，泵转速为5112 rpm，吸入比转速为188公制单位(9711美制单位)，介质的比重为0.8559。

因为主给水泵泵型结构与卧式中开双吸泵结构近似(仅仅壳体剖分方式不同)，可参照上文中卧式水平中开双吸泵“高吸入能量泵”的界说，很显然，这是一个很高吸入能量的泵。

为了保证主给水泵在所有规则的运转工况内均不产生汽蚀，一起为了满意核电站对该泵60年的总体规划运用寿数要求，KSB公司在经过40多年的规划和运转经历后，总结出以NPSHi作为主给水泵的必需汽蚀余量，并据此挑选前置泵的扬程，见图2。从图中能够看出，NPSH裕量比抵达4以上。

其实，世界上关于NPSHi的研讨较早，但真正运用于核电站工程实践的仅德国KSB一家。国内极个别同行以为图2中的NPSHi曲线与传统的汽蚀理论不符，是彻底过错的，这只能说是缺少才智;还有人说NPSHi仅仅用于研讨目的，实践工程运用没有意义。但是，德国KSB公司将NPSHi作为主给水泵的有必要汽蚀余量(并据此挑选前置泵扬程)、在经过很多工程实践验证后发现，叶轮(比通用泵选用惯例的NPSH裕量比/裕量)具有更长的运用寿数-正常状况下可抵达100000小时以上。

在此，需求要点阐明的是:依据API610第11版的界说，主给水泵一起也属于高能泵(单级扬程大于200米，且单级功率大于225 kW的泵)。而API610第12版规范明确规则“关于高能泵……依据汽蚀初生(NPSHi)而不仅仅是一般的NPSH3来确认恰当的NPSH裕量”。由此我们不得不供认:关于一些特别用途的要害用泵，KSB公司在规划理念上的先进性。

反应堆冷却剂泵

规格书中引荐的(在AOR规模内)最小NPSH裕量比为2。

低压安注泵/安全壳喷淋泵(立式)

规格书一般要求在泵的运转流量保证点(一般为最大流量点)的NPSH裕量不小于0.2米。

上充泵(立式多级)/中压安注泵(卧式)

规格书要求NPSHR至少比NPSHA低10%，且NPSH裕量不小于0.5米。

凝结水泵

7总结

只要全面、正确地了解离心泵的汽蚀功能，才干科学合理地规划或挑选出满意用户设备要求的产品。

接连运转时，汽蚀对泵的损伤最大。

在确认NPSH裕量时，应考虑实践工程运用经历及资料、管道丢失、避免涡流所需的最小吞没深度、运转规模等要素。

NPSH裕量的确认，依据最低叶轮寿数的要求。

扬程下降3%作为汽蚀判别的开端能够满意通用寿数要求。即便泵的NPSHA大于NPSH3，也存在一定程度的汽蚀现象。其实，当榜首只气泡产生时，汽蚀就现已产生，仅仅在不同吸入能量级的泵中所导致的损坏不同罢了。

低吸入能量泵一般能够在NPSHR处或附近运转，除了扬程下降3%以外，几乎没有汽蚀问题。假如没有研磨剂或腐蚀剂，那么NPSH裕量比只需保证很少或没有因汽蚀而丢失压头。在此条件下，最小NPSH裕量比为1.0~1.3就足够了。

关于高或很高吸入能量泵，假如存在缓解要素，则在AOR内具有1.1至1.5的最小NPSH裕量比就足够了。但是，关于冷水或温水运用，在AOR内的最小NPSH裕量比应在1.5至2.0的规模内。假如运用具有“很高”的吸入能量，则在AOR内最小NPSH裕量比至少为2.0至2.5。

从叶轮进口液体中排出的少量的夹带气体或溶解气体，能够在较低的NPSH裕量下消除高吸入能量泵的振荡和噪音。