了解離心泵為什么會出現(xiàn)流動再循環(huán)現(xiàn)象,。

ANDREW SLOLEY

低流量時，吸入再循環(huán)（內(nèi)部回流）會影響離心泵的運行。泵的吸入比轉(zhuǎn)速和吸入能量可以幫助我們了解潛在的問題（參見：“Cut Pump Speed to Cut Problems”）,。變頻驅(qū)動器（VFD）通?？梢蕴峁┮环N解決方案（參見：“Consider VFDs for Centrifugal Pumps”）,。解決吸入再循環(huán)問題無疑會需要花錢,。通常情況下，要想獲得資金,，就必須說服資金負責人問題的真正原因,。許多人很難理解流量在離心泵內(nèi)會倒流這一現(xiàn)象。多年來,，我一直在努力尋找一個從基本正確但簡單的解釋,。

首先，我們必須意識到,，對機械工程師來說簡單的事情對化學工程師來說可能很復雜,。那么，讓我們用兩組人都能理解的方式來解釋這一現(xiàn)象,。對于機械工程師來說,，離心泵可以增加液流的壓力。液體流動的自然方向是從高壓流向低壓,。液體流經(jīng)泵是因為旋轉(zhuǎn)的葉輪提供了產(chǎn)生壓力的速度,。速度梯度產(chǎn)生出口壓力。在離心泵中,，液體進入葉輪中心的吸入孔,。液體在葉輪外圍離開泵之前會改變流速。為了處理從葉輪中心到邊緣的流動幾何形狀和速度的變化,，流道形狀會發(fā)生變化,。圖1顯示了逆時針旋轉(zhuǎn)的葉輪的端視圖，圖2顯示了側(cè)視圖,。入口液流以特定的入射角接觸葉輪的前緣（見圖1）,。通過對液體流動方向的矢量分析表明，入射角會影響渦流的形成,。隨著流速的下降,，形成的渦流變大。最終,，渦流會產(chǎn)生從泵出口到泵入口的部分流動,。局部流型遵循圖1所示的形狀。對于化學工程師來說,，最好考慮泵流型如何與物料平衡邊界相互作用,。通過泵的一系列物料平衡邊界的凈流量始終與泵吸入流量相同。如果泵吸入流量下降,，則通過泵任何橫截面的凈流量也會下降,。由于典型液體在大多數(shù)情況下是不可壓縮的，這就產(chǎn)生了一個絕對要求,，即任何橫截面的平均速度都隨流量線性變化,。

然而，在靠近葉輪的壓力邊緣（前緣表面）附近,，葉輪轉(zhuǎn)速決定了（葉輪葉片出口邊）液體的流速,。如果平均液體流速下降，但是在流動通道區(qū)域中的速度接近恒定,，則其它區(qū)域的速度必須比平均流速下降得更多,。在某些點上，當平均流速降低到足夠低時,，遠離葉輪前緣的區(qū)域的流動方向必須發(fā)生逆轉(zhuǎn)以滿足平均流速的要求,。圖2顯示了泵在最佳效率點（BEP）和低流量工況（BEP的0.25）下的流動示意圖。在低流量時,，泵內(nèi)的流道（顯然）過大,。然而，它們必須充滿液體,，這就導致了流動再循環(huán),。由于再循環(huán)在低壓區(qū)域產(chǎn)生的汽化引起的汽蝕，流動再循環(huán)會損壞葉輪,。流動再循環(huán)還會對泵零部件施加不平衡的力和振動,。機械和工藝改進都可以減少流動再循環(huán)的現(xiàn)象。機械解決方案側(cè)重于泵,。例如,，葉輪-蝸殼-幾何形狀的匹配、葉片角度,、葉片前緣和葉輪入口孔的修改以及泵轉(zhuǎn)速的變化都可以提高泵的靈活性（改變泵的性能 – 泵沙龍注1）,。然而，每種因素對泵的效率,、揚程和流量的影響都不同,。

有兩種方式可改善/消除小流量下流動再循環(huán)：一種工藝改進是增加一條再循環(huán)回路（最小流量回路 – 泵沙龍注2），以使泵遠離低流量區(qū)域,。再循環(huán)系統(tǒng)需要額外的設備（管道,、節(jié)流孔板、控制閥等）,。根據(jù)我的經(jīng)驗,，許多流量控制回路因維護成本或忽視其重要性而被放棄。另一種工藝改進為泵提供額外的吸入壓頭（即提高入口壓力 – 泵沙龍注3）。這有助于防止類似汽蝕的損傷,。即使在泵的低壓區(qū)域也有足夠的壓頭來保持流體高于其汽化壓力,。然而，額外的吸入壓頭并不能解決應力和振動的問題,。在某些情況下,，泵的振動可能會超過良好的實踐。額外的應力和振動會縮短平均維修間隔時間和平均故障間隔時間,。維護成本隨著高振動和高應力而上升,。降低運行速度可降低振動和泵負載。雖然這可能不是一個的解決方案,，但改用VFD可以使幾乎所有受到入口再循環(huán)影響的離心泵受益,。選擇正確的選項需要對機械和工藝限制以及成本進行全面的分析。