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[摘 要]机泵是能量传递的关键性设备，为了保证设置能够长期稳定运行，机泵在设计的过程中，需要有一定的富余量，这些富余量在实际生产过程中，可能会变成不利因素。因此，相关设计人员需要选择合适的泵，并对设计余量进行详细分析，从而保证机泵能够满足节能降耗的要求，促进设置安全生产和运行。
[关键词]机泵设计；余量；生产运行；影响
中图分类号：TP611 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）42-0390-01
前言
一般情况下，化工装置的设计过程中，为了保证装置能够稳定运行，并满足扩能改造的需求，各类单元设备的能力都需要有一定的富余量，比如换热器的换热面积、风机的流量和压头等。文章就此以离心泵汽蚀余量为研究对象，进行了详细的分析与介绍，希望对相关设计人员有所帮助。
1化工泵的选用及工程设计要求
化工泵的选用及工程设计的具体要求如下所示：
第一，使所选耐腐蚀化工泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀余量、吸程等工艺参数的要求。
第二，必须满足介质特性的要求。
第三，对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵（无轴封，采用隔离式磁力间接驱动）。
第四，对输送腐蚀性介质的泵，要求对流部件采用耐腐蚀性材料，如氟塑料耐腐蚀化工泵。
第五，对输送含固体颗粒介质的泵，要求对流部件采用耐磨材料，必要时轴封采用清洁液体冲洗。
第六，机械方面要求可靠性高、噪声低、振动小。
第七，正确计算耐腐蚀化工泵采购的投入成本。
2离心泵汽蚀余量
泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属表面产生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，单位用米标注，用（NPSH）r。吸程即为必需汽蚀余量Δh：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。
吸程=标准大气压（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米）（标准大气压能压管路真空高度10.33米）。
其中，汽蚀余量指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示，具体分为如下几类：
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。
在實际设计的过程中，设计人员需要针对设计要求和功能参数，选择合适的汽蚀余量设计类型，从而保证设计的合理性和科学性。
3离心泵出现汽蚀现象分析
离心泵最易发生汽蚀的部位主要有：第一，叶轮曲率最大的前盖板处，靠近叶片进口边缘的低压侧；第二，压出室中蜗壳隔舌和导叶的靠近进口边缘低压侧；第三，无前盖板的高比转数叶轮的叶梢外圆与壳体之间的密封间隙以及叶梢的低压侧；第四，多级泵中第一级叶轮。
而泵在实际运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。
在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。
4提高离心泵本身抗气蚀性能的措施
4.1改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计
改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计过程中，首先需要增大过流面积；其次要增大叶轮盖板进口段的曲率半径，减小液流急剧加速与降压；第三，适当减少叶片进口的厚度，并将叶片进口修圆，使其接近流线型，也可以减少绕流叶片头部的加速与降压；第四，提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失；最后要将叶片进口边向叶轮进口延伸，使液流提前接受作功，提高压力。
4.2其他措施分析
第一，采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前作功，以提高液流压力。第二，采用双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，则进口截面增加一倍，进口流速可减少一倍。第三，设计工况采用稍大的正冲角，以增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积；改善大流量下的工作条件，以减少流动损失。但正冲角不宜过大，否则影响效率。第四，采用抗气蚀的材料。实践表明，材料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗气蚀的性能越强。
5提高进液装置有效气蚀余量的措施
第一，增加泵前贮液罐中液面的压力，以提高有效气蚀余量。
第二，减小吸上装置泵的安装高度。
第三，将上吸装置改为倒灌装置。
第四，减小泵前管路上的流动损失。如在要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等。
第五，降低泵入口工质介质温度（当输送工质接近饱和温度时）。
结束语
综上所述，机泵在设计制造过程中，其设计余量直接影响到机泵运行的安全性、稳定性、有效性以及能耗情况。因此，相关设计人员在实际设计过程中，一定要综合考虑相关参数富余量对机泵的影响情况，并根据相关设计要求核算出合理的技术参数，从而保证设计的科学性，提高机泵运行效率、安全性、稳定性，满足机泵节能降耗的要求，从而提高相关化工装置的经济效益。
参考文献
[1]魏光辉.机泵设计余量对生产运行的影响[J].浙江化工，2017，48（12）：35-38.
[2]胡华贵.离心泵气蚀的产生及在设计操作中的措施[J].化工设计通讯，2017，43（09）：86-87+102.
[3]辛喆，李治国，罗永华.DEUTZ发动机（1013）用机械式单体泵的设计开发与性能测试[J].内燃机与配件，2011（1）：16-19.
[关键词]机泵设计；余量；生产运行；影响
中图分类号：TP611 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）42-0390-01
前言
一般情况下，化工装置的设计过程中，为了保证装置能够稳定运行，并满足扩能改造的需求，各类单元设备的能力都需要有一定的富余量，比如换热器的换热面积、风机的流量和压头等。文章就此以离心泵汽蚀余量为研究对象，进行了详细的分析与介绍，希望对相关设计人员有所帮助。
1化工泵的选用及工程设计要求
化工泵的选用及工程设计的具体要求如下所示：
第一，使所选耐腐蚀化工泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀余量、吸程等工艺参数的要求。
第二，必须满足介质特性的要求。
第三，对输送易燃、易爆有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如磁力驱动泵（无轴封，采用隔离式磁力间接驱动）。
第四，对输送腐蚀性介质的泵，要求对流部件采用耐腐蚀性材料，如氟塑料耐腐蚀化工泵。
第五，对输送含固体颗粒介质的泵，要求对流部件采用耐磨材料，必要时轴封采用清洁液体冲洗。
第六，机械方面要求可靠性高、噪声低、振动小。
第七，正确计算耐腐蚀化工泵采购的投入成本。
2离心泵汽蚀余量
泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属表面产生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，单位用米标注，用（NPSH）r。吸程即为必需汽蚀余量Δh：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。
吸程=标准大气压（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米）（标准大气压能压管路真空高度10.33米）。
其中，汽蚀余量指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示，具体分为如下几类：
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。
在實际设计的过程中，设计人员需要针对设计要求和功能参数，选择合适的汽蚀余量设计类型，从而保证设计的合理性和科学性。
3离心泵出现汽蚀现象分析
离心泵最易发生汽蚀的部位主要有：第一，叶轮曲率最大的前盖板处，靠近叶片进口边缘的低压侧；第二，压出室中蜗壳隔舌和导叶的靠近进口边缘低压侧；第三，无前盖板的高比转数叶轮的叶梢外圆与壳体之间的密封间隙以及叶梢的低压侧；第四，多级泵中第一级叶轮。
而泵在实际运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。
在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。
4提高离心泵本身抗气蚀性能的措施
4.1改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计
改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计过程中，首先需要增大过流面积；其次要增大叶轮盖板进口段的曲率半径，减小液流急剧加速与降压；第三，适当减少叶片进口的厚度，并将叶片进口修圆，使其接近流线型，也可以减少绕流叶片头部的加速与降压；第四，提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失；最后要将叶片进口边向叶轮进口延伸，使液流提前接受作功，提高压力。
4.2其他措施分析
第一，采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前作功，以提高液流压力。第二，采用双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，则进口截面增加一倍，进口流速可减少一倍。第三，设计工况采用稍大的正冲角，以增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积；改善大流量下的工作条件，以减少流动损失。但正冲角不宜过大，否则影响效率。第四，采用抗气蚀的材料。实践表明，材料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗气蚀的性能越强。
5提高进液装置有效气蚀余量的措施
第一，增加泵前贮液罐中液面的压力，以提高有效气蚀余量。
第二，减小吸上装置泵的安装高度。
第三，将上吸装置改为倒灌装置。
第四，减小泵前管路上的流动损失。如在要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等。
第五，降低泵入口工质介质温度（当输送工质接近饱和温度时）。
结束语
综上所述，机泵在设计制造过程中，其设计余量直接影响到机泵运行的安全性、稳定性、有效性以及能耗情况。因此，相关设计人员在实际设计过程中，一定要综合考虑相关参数富余量对机泵的影响情况，并根据相关设计要求核算出合理的技术参数，从而保证设计的科学性，提高机泵运行效率、安全性、稳定性，满足机泵节能降耗的要求，从而提高相关化工装置的经济效益。
参考文献
[1]魏光辉.机泵设计余量对生产运行的影响[J].浙江化工，2017，48（12）：35-38.
[2]胡华贵.离心泵气蚀的产生及在设计操作中的措施[J].化工设计通讯，2017，43（09）：86-87+102.
[3]辛喆，李治国，罗永华.DEUTZ发动机（1013）用机械式单体泵的设计开发与性能测试[J].内燃机与配件，2011（1）：16-19.