離心泵汽蝕安全裕量的探討
文章作者:謝小青和于麗紅(上海電氣凱士比核電泵閥有限公司)
汽蝕是離心泵運(yùn)行過(guò)程中較常見(jiàn)的問(wèn)題，會(huì)引起泵振動(dòng)和噪音的增加、性能的下降、造成泵零部件的嚴(yán)重?fù)p壞。只有全面、正確地理解離心泵的汽蝕性能、合理選擇安全裕量，才能確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行，并達(dá)到預(yù)期的使用壽命。
安全裕量的大小，不僅涉及到離心泵能否長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，還直接影響到裝置/設(shè)備的投資成本。本文是作者關(guān)于離心泵汽蝕問(wèn)題所寫(xiě)的第二篇專題文章，將收集匯總不同標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范、一些國(guó)際同行對(duì)不同使用工況的離心泵汽蝕安全裕量的規(guī)定，并結(jié)合一些工程實(shí)踐，與大家分享特定工況及核電站主要用泵的汽蝕安全裕量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)或要求，僅供同行們參考。
1.關(guān)于汽蝕的幾個(gè)概念
1.1汽蝕余量
ANSI/API610第11版標(biāo)準(zhǔn)定義如下：
NPSH又稱為凈正吸入壓頭，是從基準(zhǔn)標(biāo)高算起的泵絕對(duì)吸入總壓頭減去液體的汽化壓力。
1.2裝置汽蝕余量NPSHA
裝置汽蝕余量又稱有效汽蝕余量、有效的凈正吸入壓頭，是與泵的操作系統(tǒng)有關(guān)的參數(shù)，等于液體到達(dá)泵的入口時(shí)的壓頭減去汽化壓力頭后液體的剩余壓力頭。
1.3必需汽蝕余量NPSHR
必須汽蝕余量又稱必須的凈正吸入壓頭，它是與泵本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的參數(shù)。必需汽蝕余量主要有三種：
NPSH3：將揚(yáng)程(第一級(jí)葉輪)下降3%作為汽蝕的判別點(diǎn)，ANSI/HI9.6.1、ISO9906、ANSI/API610等標(biāo)準(zhǔn)所推薦，并被全球泵行業(yè)廣泛接受。測(cè)量容易，也比較可靠。普遍應(yīng)用于各種離心泵。
NPSH0：將揚(yáng)程即將開(kāi)始快速下降、但下降為0%作為汽蝕的判別點(diǎn)，定義容易，但測(cè)量較困難。常用于軸流泵和混流泵。
NPSHi(即NPSHincipient汽蝕初生)：將第一只汽泡產(chǎn)生時(shí)作為汽蝕的判別點(diǎn)，較NPSH3和NPSH0更嚴(yán)格。定義容易，但所需的測(cè)量技術(shù)復(fù)雜、成本非常高。常用于葉輪入口流速較高的高吸入能量泵。
2 NPSH裕量考慮的因素
NPSHA與NPSHR之間的差值稱為NPSH裕量;NPSHA與NPSHR之間的比值稱為NPSH裕量比。
在大多數(shù)泵系統(tǒng)中，NPSHA趨于隨著流量的增加而減小，而NPSHR趨于隨著流量的增加而增加。NPSH裕量考慮的因素較多，具體如下:
2.1葉輪進(jìn)口流速
可以通過(guò)降低葉輪進(jìn)口液體流速來(lái)降低NPSHR值，它是轉(zhuǎn)速和葉輪入口直徑的直接函數(shù)。
2.2葉輪入口直徑
可以通過(guò)加大葉輪入口直徑來(lái)降低NPSHR值，從而增加葉輪該區(qū)域的靜壓頭。然而，較大的葉輪入口直徑會(huì)加劇入口回流的影響，為此必需增加NPSH裕量。
2.3吸入比轉(zhuǎn)速
吸入比轉(zhuǎn)速，是在最大葉輪直徑和給定轉(zhuǎn)速下、以最佳效率點(diǎn)的流量來(lái)計(jì)算的，是一個(gè)與離心泵吸入性能相關(guān)的指數(shù)。吸入比轉(zhuǎn)速是衡量一臺(tái)離心泵對(duì)內(nèi)部回流的敏感程度的評(píng)估尺度。
對(duì)于大多數(shù)泵設(shè)計(jì)，通常將低于約145公制單位(7500美制單位)的吸入比轉(zhuǎn)速值表示低值，而將高于約250公制單位(13000美制單位)被認(rèn)為高值。與較低的吸入比轉(zhuǎn)速泵設(shè)計(jì)相比，較高的吸入比轉(zhuǎn)速泵更有可能遇到不良的噪音和振動(dòng)，允許的運(yùn)行區(qū)間也變得較窄。
2.4泵送介質(zhì)的影響
l 泵送介質(zhì)中的磨蝕物在汽蝕工況下會(huì)顯著增加磨損率。
l 少量夾帶氣體(1%至2%)可以緩沖汽蝕汽泡坍塌產(chǎn)生的沖擊力，并可以減少由此產(chǎn)生的噪音、振動(dòng)和侵蝕損壞。
l 液體中的添加劑可能會(huì)導(dǎo)致汽蝕破壞加劇。
l 液體的腐蝕性會(huì)加速汽蝕造成的損害。
2.5運(yùn)行范圍
葉輪通常設(shè)計(jì)為在特定流量下運(yùn)行，當(dāng)超出規(guī)定的流量范圍運(yùn)行時(shí)，汽蝕的可能性會(huì)大大增加。對(duì)于經(jīng)常在優(yōu)先工作區(qū)(POR)外、但在允許工作區(qū)(AOR)內(nèi)運(yùn)行的泵，需要使用較大的NPSH裕量/裕量比。
2.6材料
葉輪可以使用不同的材料制造。硬質(zhì)塑料和復(fù)合材料通常是最不耐汽蝕的材料。鑄鐵和黃銅在常用金屬中的損壞最為嚴(yán)重，而不銹鋼、鈦和鎳鋁青銅在相同的汽蝕條件下的損壞要小得多。
2.7泵大小
與較小的泵相比，大型泵(葉輪入口直徑超過(guò)450mm)更容易出現(xiàn)汽蝕損壞問(wèn)題。
2.8運(yùn)行情況
汽蝕損壞與時(shí)間有關(guān)。泵在汽蝕條件下運(yùn)行的時(shí)間越長(zhǎng)，損壞程度越大。
3不同標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范對(duì)NPSH裕量的規(guī)定
3.1 UOP5-11-7規(guī)范
必須有一個(gè)0.6米或NPSHA的15%的安全裕量，兩者之間取大值。而且該安全裕量包含在系統(tǒng)計(jì)算中，因此，只要泵的NPSHR≤NPSHA即可。
3.2 ANSI/API610標(biāo)準(zhǔn)第11版
除了規(guī)定的NPSH3以外......通常希望有一個(gè)工作安全裕量，這個(gè)工作安全裕量足以在所有流量下(從最小連續(xù)穩(wěn)定流量到最大預(yù)期運(yùn)行流量)保護(hù)泵免遭回流、汽蝕引起的損壞。賣(mài)方應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的泵型和規(guī)定的使用條件推薦一個(gè)安全裕量。
3.3 GB/T16907-2014標(biāo)準(zhǔn)
NPSHA應(yīng)有比NPSHR大10%的裕量，且該裕量不得小于0.5米。
3.4 ANSI/HI9.6.1-2012標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)不同應(yīng)用的離心泵給出了推薦的最小裕量比或最小裕量值。
石油(烴類)流程泵
用于石油(烴類)服務(wù)的泵流程通常很穩(wěn)定、且其蒸汽泡破裂(內(nèi)爆速度較低)時(shí)釋放的能量較少，因此能夠以相對(duì)較低的NPSH裕量/裕量比成功運(yùn)行。在AOR內(nèi)運(yùn)行時(shí)，建議在每個(gè)特定流量下，最小裕量比為1.1或最小裕量1.0米，兩者取大值。
化工流程泵
化工流程泵通常具有以下特點(diǎn)：經(jīng)常以各種不同的流量運(yùn)行、采用具有抗汽蝕材料的葉輪及NPSHA相對(duì)較低。
考慮到這些情況，建議化工流程泵使用以下最低NPSH裕量：
a)對(duì)于吸入比轉(zhuǎn)速<210公制單位(11000美制單位)的泵，在AOR內(nèi)運(yùn)行時(shí)，每個(gè)特定流量下的最小裕量比為1.1或最小裕量0.6米，兩者取大值。
b)對(duì)于吸入比轉(zhuǎn)速≥210公制單位(11000美制單位)的泵，在POR內(nèi)運(yùn)行時(shí)，每個(gè)特定流量下的最小裕量比為1.1或最小裕量0.6米，兩者取大值;對(duì)于經(jīng)常在POR外(但在AOR內(nèi))運(yùn)行的泵，每個(gè)特定流量下的NPSH裕量比應(yīng)為1.2或1.0米的裕量，以較大者為準(zhǔn)。
電廠(非核)用泵
電廠用泵為水泵。與石油泵處理的碳?xì)浠衔镆后w不同，冷水在蒸發(fā)(閃蒸)時(shí)會(huì)急劇膨脹。當(dāng)具有更高破壞能量的蒸汽泡破裂時(shí)，將導(dǎo)致更高的沖擊速度、對(duì)泵零部件造成嚴(yán)重?fù)p壞;而熱水的特性類似于碳?xì)浠衔镆后w。
典型的電廠運(yùn)行周期不是恒定的，泵的流量隨功率需求而變化很大。系統(tǒng)發(fā)生瞬變，可能導(dǎo)致泵吸入條件的快速變化，如壓力和溫度，對(duì)于鍋爐給水系統(tǒng)中的泵尤其如此。電廠中的其它泵通常不會(huì)受到鍋爐水系統(tǒng)中的嚴(yán)重瞬變的影響。
推薦的NPSH裕量比或裕量值參見(jiàn)表1。
表1-電廠(非核)用泵NPSH裕量比/裕量
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泵類型 |
功率（kW/級(jí)） |
POR裕量比 |
AOR |
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裕量比 |
裕量 |
|||
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鍋爐給水 |
<225 |
1.1 |
1.3 |
|
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鍋爐給水 |
≥225但<500 |
1.2 |
1.5 |
|
|
凝結(jié)水 |
所有 |
1.0 |
1.0 |
|
|
冷卻塔水 |
所有 |
1.1 |
1.3 |
|
|
循環(huán)水/冷卻水 |
所有 |
1.05 |
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1.0m |
凝結(jié)水應(yīng)用通常需要能夠在非常低的絕對(duì)壓力下運(yùn)行的泵，立式筒袋結(jié)構(gòu)通過(guò)第一級(jí)葉輪上方的水位提供NPSHA。對(duì)于這樣的應(yīng)用，在最大流量下通常具有最小的NPSH裕量，并且泵必須設(shè)計(jì)成能夠承受一些汽蝕的情況下運(yùn)行。第一級(jí)葉輪應(yīng)采用抗汽蝕材料。
循環(huán)/冷卻水泵通常具有低于26 m/s的葉輪入口圓周速度。
冷卻塔應(yīng)用中的泵需要特別注意NPSH裕量。通過(guò)冷卻塔泵循環(huán)的水高度含氣，并且具有高濃度的溶解氧。為了達(dá)到合適的葉輪壽命，可能需要較大的裕量。由于泵送介質(zhì)的侵蝕性，應(yīng)該考慮選擇抗汽蝕的葉輪材料。
水/污水泵
經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)在POR內(nèi)運(yùn)行時(shí)，NPSH裕量為1.0米足以抵御大多數(shù)市政型水泵和污水泵應(yīng)用中的汽蝕損壞。對(duì)于配有抗汽蝕材料制成的葉輪的泵，允許較低的NPSH裕量，請(qǐng)參見(jiàn)表2。
表2-水/污水泵NPSH裕量比/裕量
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泵類型 |
功率 （kW/級(jí)） |
POR NPSH裕量比 （最小1.0米） |
AOR NPSH裕量比 （最小1.5米） |
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污水（鑄鐵葉輪） |
<45 |
1.1 |
1.2 |
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污水（不銹鋼葉輪） |
<45 |
1.05 |
1.1 |
|
污水（鑄鐵葉輪） |
≥45 |
1.2 |
1.3 |
|
污水（不銹鋼葉輪） |
≥45 |
1.1 |
1.2 |
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水（不銹鋼或鋁青銅葉輪） |
<75 |
1.05 |
1.1 |
|
水（不銹鋼或鋁青銅葉輪） |
≥75 |
1.1 |
1.2 |
通用工業(yè)用泵
由于大多數(shù)通用工業(yè)泵都是在充滿抽吸的應(yīng)用中使用的，因此，在沒(méi)有任何NPSH裕量的情況下，泵在POR內(nèi)的運(yùn)行通常不會(huì)對(duì)泵的內(nèi)部零部件造成實(shí)質(zhì)性損壞。建議最小NPSH裕量比為1.05或0.6米的裕量，以較大者為準(zhǔn)。
在較寬的AOR范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，建議最小NPSH裕量比為1.1或1.0米的裕量，以較大者為準(zhǔn)。
4國(guó)際同行對(duì)NPSH裕量的規(guī)定
4.1 SULZER公司
對(duì)于沒(méi)有規(guī)定汽蝕準(zhǔn)則的泵，將揚(yáng)程下降3%作為汽蝕的判別點(diǎn)。對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的大多數(shù)應(yīng)用工況，要求有足夠的安全裕量。這個(gè)要求的安全裕量：
圖1-SA的近似取值
隨著葉輪入口處圓周速度的增加而增加。
如果采用抗汽蝕材料，則安全裕量可以適當(dāng)減小。
隨著介質(zhì)的腐蝕性增加而增加。
取決于泵的運(yùn)行條件、型式以及泵送介質(zhì)的溫度，例如介質(zhì)為海水時(shí)，要求稍微高一點(diǎn)的安全裕量;介質(zhì)為烴類時(shí)，要求稍微低一點(diǎn)的安全裕量。
對(duì)于單級(jí)揚(yáng)程高的吸入葉輪，裝置汽蝕余量應(yīng)為必需汽蝕余量的SA倍，SA的近似取值范圍參見(jiàn)圖1。其中，當(dāng)葉輪采用抗汽蝕性能低的鑄鋼材料時(shí)，SA取上線;當(dāng)葉輪采用抗汽蝕性能高的鉻鋼材料時(shí)，SA取下線。
4.2 EBARA公司
如果用戶沒(méi)有規(guī)定，對(duì)于VS6型泵，介質(zhì)為水系時(shí)，EBARA公司NPSH裕量取0.6米;介質(zhì)為油系時(shí)，NPSH裕量取0.3米。不過(guò)，在工程實(shí)踐中對(duì)于石化工況，用戶通常要求NPSH裕量達(dá)到1米。
對(duì)于其它泵型，用戶沒(méi)有規(guī)定時(shí)，NPSH裕量通常不低于0.6米。
4.3 ITT公司
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的低吸入能量泵，防止汽蝕發(fā)生的有效方法是保證系統(tǒng)的裝置汽蝕余量大于泵的必需汽蝕余量;而對(duì)于在允許操作范圍內(nèi)運(yùn)行的高/很高吸入能量的泵，按美國(guó)水力學(xué)會(huì)ANSI/HI9.6.1標(biāo)準(zhǔn)的建議，有效汽蝕余量是必需汽蝕余量的1.2~2.5倍。
4.4 KSB公司
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的低吸入能量泵，執(zhí)行通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，NPSH裕量通常不低于0.6米。
對(duì)于高/很高吸入能量泵，特別是要求超長(zhǎng)壽命的核電站重要用泵，其裝置汽蝕余量比ANSI/HI 9.6.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的必需汽蝕余量的1.2到2.5倍要求更高。
5吸入能量的定義及對(duì)離心泵可靠性的影響
5.1吸入能量的定義
離心泵的吸入能量=葉輪入口直徑(m)×泵轉(zhuǎn)速(rpm)×吸入比轉(zhuǎn)速(m3/s,m,rpm)×泵送液體的比重【將采用公制單位推導(dǎo)出的吸入能量乘以系數(shù)2033.07就等于美制單位推導(dǎo)出的吸入能量】。
確定吸入能量是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，目前尚未開(kāi)發(fā)出單一的方程式或關(guān)系式準(zhǔn)確地將所有這些因素聯(lián)系在一起。推薦的裕量比通常是泵的NPSHR值的1至5倍，較高的值適用于高/很高的吸入能量泵。
葉輪入口直徑實(shí)際上是識(shí)別泵吸入能量級(jí)的一個(gè)最好的因素而不是泵入口管徑。但對(duì)于泵用戶來(lái)說(shuō)更容易獲得泵入口管徑，而且該尺寸通常與葉輪入口直徑密切相關(guān)。
對(duì)于大多數(shù)離心泵設(shè)計(jì)，吸入比轉(zhuǎn)速值低于約135公制單位(7000美制單位)通常表示吸入能量低，而高于約385公制單位(20000美制單位)則被視為吸入能量高。
對(duì)于端吸泵，將吸入能量≥78700公制單位(160×106美制單位)定義為高吸入能量泵;對(duì)于臥式水平中開(kāi)雙吸泵，將吸入能量≥59000公制單位(120×106美制單位)定義為高吸入能量泵。很高吸入能量是高吸入能量值的1.5倍。為了便于估算，對(duì)于端吸型泵，可以假設(shè)葉輪入口直徑大約是泵入口(法蘭)通徑的90%;而對(duì)于雙吸中開(kāi)泵，葉輪入口直徑取泵入口(法蘭)通徑的75%。
5.2吸入能量對(duì)離心泵可靠性的影響
這種“吸入能量”概念的第一次大規(guī)模驗(yàn)證之一是將其應(yīng)用于兩個(gè)工業(yè)工廠的現(xiàn)場(chǎng)維修記錄中，兩個(gè)工廠共有100臺(tái)端吸泵和中開(kāi)泵。驗(yàn)證的結(jié)果是，隨著“吸入能量”值的增加，泵的可靠性降低。
基于對(duì)數(shù)百臺(tái)另外的離心泵的進(jìn)一步經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低吸入能量泵不會(huì)因汽蝕或內(nèi)部回流而產(chǎn)生噪音、振動(dòng)或損壞，只有少數(shù)例外情況。當(dāng)處理磨蝕性或?qū)Ρ媒Y(jié)構(gòu)材料有腐蝕性的液體時(shí)，即使這種低吸入能量汽蝕也會(huì)被放大而造成損壞。此外，在汽蝕氣泡形成過(guò)程中，在非常低的NPSH裕量條件下，空氣或蒸汽可能從液體中釋放出來(lái)，對(duì)機(jī)械密封產(chǎn)生不利的影響。
具有高吸入能量和低NPSH裕量的泵，尤其是在入口回流范圍內(nèi)(低于泵AOR)運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)受到具有低抗汽蝕性的葉輪材料(例如鑄鐵)的噪音、振動(dòng)和/或輕微汽蝕腐蝕損壞。
除了葉輪材料以外，有幾個(gè)變量可以減輕高吸入能量條件下的汽蝕損壞。另外兩個(gè)主要的緩解因素是：第一，夾帶氣體(空氣)含量接近1%，例如紙漿和一些污水應(yīng)用;第二，不會(huì)產(chǎn)生大的汽蝕氣泡的液體(低熱力學(xué)液體)，例如碳?xì)浠衔锖蜔崴?/span>
具有很高的吸入能量和較低的NPSH裕量的泵，特別是在入口回流范圍內(nèi)(低于泵AOR)運(yùn)行時(shí)，即使使用不銹鋼等抗汽蝕材料，也可能會(huì)受到高振動(dòng)和腐蝕損壞。
6特定工況及核電站主要用泵NPSH裕量比/裕量的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)或要求
大量工程實(shí)踐證明，高/很高吸入能量泵需要比當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的更高的NPSH裕量比/裕量，特別是具有高/很高吸入能量的冷卻塔水泵、核電站常規(guī)島主給水泵等，上述文章中推薦的NPSH裕量比/裕量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足葉輪設(shè)計(jì)使用壽命要求。
6.1工業(yè)冷卻塔水泵
針對(duì)工業(yè)冷卻塔水泵，ANSI/HI 9.6.1標(biāo)準(zhǔn)中給出了推薦的最小NPSH裕量比。標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)指出“高吸入比轉(zhuǎn)速泵，在高入口流速下運(yùn)行，可能會(huì)在振動(dòng)較大的情況下發(fā)出噪音，如果沒(méi)有足夠的NPSH裕量，可能會(huì)出現(xiàn)低于最佳泵壽命的情況?！睂?duì)于這種情況，不建議使用推薦的NPSH裕量值。
文獻(xiàn)[8]~[10]對(duì)大型工業(yè)冷卻塔上的六臺(tái)大型全鑄鐵雙吸中開(kāi)泵進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，并發(fā)現(xiàn)：高/很高吸入能量泵需要比當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的更高的NPSH裕量比。當(dāng)確定泵具有較高的吸入能量時(shí)，如果泵吸入能量不能降低，則需要比標(biāo)準(zhǔn)中列出的更高的NPSH裕量。至少，應(yīng)為其提供優(yōu)質(zhì)的葉輪材料或防汽蝕涂層，盡管這會(huì)導(dǎo)致更高的初始成本。
在沒(méi)有上述緩解因素中的情況下，高吸入能量泵通常需要在AOR內(nèi)具有1.5到2.0的最小NPSH裕量比;而對(duì)于很高吸入能量泵，在AOR范圍內(nèi)推薦的最小NPSH裕量比為2.0至2.5。
6.2百萬(wàn)機(jī)組核電站常規(guī)島主給水及其它重要用泵
核電站主要用泵的特點(diǎn)是需要在頻繁啟動(dòng)、測(cè)試模式、連續(xù)和瞬態(tài)條件下可靠地運(yùn)行，文獻(xiàn)[6]推薦的最小裕量比為2.0至2.5，而文獻(xiàn)[2]卻沒(méi)有對(duì)該類用泵(如反應(yīng)堆冷卻劑泵、上充泵、安噴安注泵、凝結(jié)水泵及很高吸入能量的常規(guī)島主給水泵等)NPSH裕量比/裕量給出具體規(guī)定。
主給水泵
該泵為單級(jí)雙吸、徑向剖分、蝸殼式泵，中心線支撐，通過(guò)齒輪箱(或液力偶合器)增速(或調(diào)速)來(lái)滿足所需要的性能。其主要參數(shù)如下：
葉輪入口直徑為0.375m(14.76英寸)，泵轉(zhuǎn)速為5112 rpm，吸入比轉(zhuǎn)速為188公制單位(9711美制單位)，介質(zhì)的比重為0.8559。
則：吸入能量=0.375×5112×188×0.8859≈319275公制單位(649×106美制單位)
由于主給水泵泵型結(jié)構(gòu)與臥式中開(kāi)雙吸泵結(jié)構(gòu)近似(只是殼體剖分方式不同)，可參照上文中臥式水平中開(kāi)雙吸泵“高吸入能量泵”的定義，很顯然，這是一個(gè)很高吸入能量的泵。
為了確保主給水泵在所有規(guī)定的運(yùn)行工況內(nèi)均不發(fā)生汽蝕，同時(shí)為了滿足核電站對(duì)該泵60年的總體設(shè)計(jì)使用壽命要求，KSB公司在經(jīng)過(guò)40多年的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)后，總結(jié)出以NPSHi作為主給水泵的必需汽蝕余量，并據(jù)此選擇前置泵的揚(yáng)程，見(jiàn)圖2。從圖中可以看出，NPSH裕量比達(dá)到4以上。
圖2-三種必需汽蝕余量對(duì)比及裝置汽蝕余量選取圖
其實(shí)，國(guó)際上對(duì)于NPSHi的研究較早，但真正應(yīng)用于核電站工程實(shí)踐的僅德國(guó)KSB一家。國(guó)內(nèi)極個(gè)別同行認(rèn)為圖2中的NPSHi曲線與傳統(tǒng)的汽蝕理論不符，是完全錯(cuò)誤的，這只能說(shuō)是缺少見(jiàn)識(shí);還有人說(shuō)NPSHi只是用于研究目的，實(shí)際工程應(yīng)用沒(méi)有意義。然而，德國(guó)KSB公司將NPSHi作為主給水泵的必須汽蝕余量(并據(jù)此選擇前置泵揚(yáng)程)、在經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，葉輪(比通用泵采用常規(guī)的NPSH裕量比/裕量)具有更長(zhǎng)的使用壽命-正常情況下可達(dá)到100000小時(shí)以上。
在此，需要重點(diǎn)說(shuō)明的是：根據(jù)API610第11版的定義，主給水泵同時(shí)也屬于高能泵(單級(jí)揚(yáng)程大于200米，且單級(jí)功率大于225 kW的泵)。而API610第12版標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定“對(duì)于高能泵……根據(jù)汽蝕初生(NPSHi)而不僅僅是一般的NPSH3來(lái)確定適當(dāng)?shù)腘PSH裕量”。由此我們不得不承認(rèn)：對(duì)于一些特殊用途的關(guān)鍵用泵，KSB公司在設(shè)計(jì)理念上的先進(jìn)性。
反應(yīng)堆冷卻劑泵
規(guī)格書(shū)中推薦的(在AOR范圍內(nèi))最小NPSH裕量比為2。
低壓安注泵/安全殼噴淋泵(立式)
規(guī)格書(shū)通常要求在泵的運(yùn)行流量保證點(diǎn)(一般為最大流量點(diǎn))的NPSH裕量不小于0.2米。
上充泵(立式多級(jí))/中壓安注泵(臥式)
規(guī)格書(shū)要求NPSHR至少比NPSHA低10%，且NPSH裕量不小于0.5米。
凝結(jié)水泵
對(duì)于核電站常規(guī)島VS6型凝結(jié)水泵，規(guī)格書(shū)中通常僅要求“在所有規(guī)定的運(yùn)行范圍內(nèi)，不允許出現(xiàn)汽蝕”而未給出具體的NPSH裕量比/裕量。不過(guò)該泵要求執(zhí)行GB/T16907-2014標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定“NPSHA應(yīng)有比NPSHR大10%的裕量，且該裕量不得小于0.5米”。但在實(shí)際工程應(yīng)用中，凝結(jié)水泵的NPSH裕量比/裕量不僅遠(yuǎn)超表2非核凝結(jié)水泵中規(guī)定的1.0和GB/T16907-2014標(biāo)準(zhǔn)(NPSH裕量通常在1.0米以上)，而且首級(jí)葉輪會(huì)采用抗汽蝕材料。
7總結(jié)
只有全面、正確地理解離心泵的汽蝕性能，才能科學(xué)合理地設(shè)計(jì)或選擇出滿足用戶裝置要求的產(chǎn)品。
連續(xù)運(yùn)行時(shí)，汽蝕對(duì)泵的傷害最大。
在確定NPSH裕量時(shí)，應(yīng)考慮實(shí)際工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及材料、管道損失、防止渦流所需的最小淹沒(méi)深度、運(yùn)行范圍等因素。
NPSH裕量的確定，基于最低葉輪壽命的要求。
揚(yáng)程下降3%作為汽蝕判別的開(kāi)始可以滿足通用壽命要求。即使泵的NPSHA大于NPSH3，也存在一定程度的汽蝕現(xiàn)象。其實(shí)，當(dāng)?shù)谝恢粴馀莓a(chǎn)生時(shí)，汽蝕就已經(jīng)發(fā)生，只是在不同吸入能量級(jí)的泵中所導(dǎo)致的損壞不同而已。
低吸入能量泵通常可以在NPSHR處或附近運(yùn)行，除了揚(yáng)程下降3%以外，幾乎沒(méi)有汽蝕問(wèn)題。如果沒(méi)有研磨劑或腐蝕劑，那么NPSH裕量比只需確保很少或沒(méi)有因汽蝕而損失壓頭。在此條件下，最小NPSH裕量比為1.0~1.3就足夠了。
對(duì)于高或很高吸入能量泵，如果存在緩解因素，則在AOR內(nèi)具有1.1至1.5的最小NPSH裕量比就足夠了。然而，對(duì)于冷水或溫水應(yīng)用，在AOR內(nèi)的最小NPSH裕量比應(yīng)在1.5至2.0的范圍內(nèi)。如果應(yīng)用具有“很高”的吸入能量，則在AOR內(nèi)最小NPSH裕量比至少為2.0至2.5。
從葉輪入口液體中排出的少量的夾帶氣體或溶解氣體，可以在較低的NPSH裕量下消除高吸入能量泵的振動(dòng)和噪音。
規(guī)定過(guò)高的NPSH裕量可能導(dǎo)致選擇出非最佳的泵型，增加泵送設(shè)備、泵站和運(yùn)行成本。
對(duì)于一些特定工況的應(yīng)用，建議向泵制造商咨詢有關(guān)適當(dāng)?shù)?/span>NPSH裕量。
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