圖2：不同運行工況點泵徑向推力及可靠性曲線 上接：離心泵的基本理論和工作原理（上）。

前言

在“離心泵的基本理論和工作原理（上）”中，我們討論了系統（而不是泵）決定泵在性能曲線上的運行位置。我們還討論了“液體特性”，如比重、懸浮固體、pH值和粘度，以及它們對泵和系統的主要負面影響。

如果你已經在泵行業工作了幾天以上，我相信你已經聽說過最佳效率點（BEP）這個術語。從本質上講，所有離心泵都是針對曲線上的一個流量和揚程工作點而設計的。流量X和揚程Y的這一設計點通常稱為BEP或最佳運行點，用戶通常將其定義為額定工況點。而所有其它可能的工作點在不同程度上與效率、汽蝕、徑向推力（軸偏轉）和回流問題相對應。忽略這些應用問題將縮短軸承和機械密封的使用壽命，使泵的可靠性降低，運行成本增加。

如果時間和金錢不是問題，泵OEM將樂于為用戶的獨特運行點進行專門的設計和制造泵。是的，這種情況確實發生過，但并不經常發生。

圖1：泵可靠性/運行區間示意圖

允許工作區

當然，大多數終端用戶通常不會只有一個工作點，他們希望泵能在通常稱為安全或允許工作區（AOR）的較寬的區域內工作。假設最終用戶知道泵在其曲線上的運行位置，并完全理解泵將在系統曲線強制其運行的位置運行。

如果你遇到泵故障，問題可能是泵選擇錯誤和/或系統曲線計算錯誤？假設泵的選擇是應用的折衷的最佳選擇方案，并且由于許多泵的應用需要在BEP的設計區域以外運行，因此有一些方法來管理負面影響。所有緩解方法都承擔著降低泵效率的額外成本，但增加的成本通常是可靠性和維護成本降低的可接受的折衷方案。你可以與你的泵銷售人員、技術人員/工程師或知識淵博的系統設計人員探討多種方法來減少或消除負面影響。如果無法確定泵的壓差（例如一套簡單的壓力表或傳感器即可解決問題），那么泵可靠性的第一個選項是安裝一組壓力測量儀表（進口側一只，出口側一只），然后計算泵在曲線上的運行位置。

遠離BEP運行的泵有什么大不了的？

簡單的答案是，如果泵跑得太右，也就是說，在曲線末端或附近，泵將發生汽蝕，結果將是產生高的振動，這將快速損壞機械密封和軸承，葉輪也可能遭受汽蝕損壞。

正如我在培訓課程中經常說的那樣，“曲線的末端……就是曲線的終點。”如果泵制造商認為你可以或應該在那里工作，他們會延長曲線。每個人都想要更多的自由度，但物理定律一直在阻礙著我們。

在曲線末端附近要考慮的另一個重要因素是徑向推力，當你遠離BEP并向曲線末端移動或處于曲線末端時，徑向推力將成倍增加。根據軸撓性系數（L3/D4），軸可能會偏轉一定量。軸偏轉是軸在運轉時的動態彎曲，每轉一圈發生兩次。以3,550 rpm旋轉的軸每分鐘就會產生7,100 次偏轉。軸偏轉會損壞機械密封和軸承。更重要的是，過度偏轉往往會導致軸循環應力疲勞和斷裂。此外，請注意，如果停機并將軸從泵上拆卸下來，你可能發現軸將是完全筆直的。正如我之前提到的，撓度是一種在運行過程中可能發生的彎曲現象。如果軸已經彎曲和/或葉輪失去平衡，情況會嚴重惡化。

在曲線左側運行泵也會產生負面影響。當我們說向“左側”運行時，我們指的是在BEP和關死點之間的運行點運行（有時簡稱為SO）。關死點是沒有流量（即零流量）的點，例如關閉出口閥。在關死點附近運行也會增加徑向推力并使軸偏轉，這與我們在最右邊（曲線末端附近）時討論的現象相同，并受到相同的負面影響。與曲線左側相比，在曲線最右邊所經歷的徑向推力的唯一區別是，現在從相對側（180度反向）施加推力。

圖2：不同運行工況點泵徑向推力及可靠性曲線

大多數泵制造商都會建議你的泵在曲線BEP左側的最小流量以上運行，這通常被稱為最小連續穩定流量（或允許流量）。最小連續穩定流量（MCSF）是指泵在任何時間內都不得低于的運行流量。沒有定義的是時間量，我建議盡可能減少時間。泵的能量（軸功率）越高，在此流量下允許的時間就越短。

考慮這一點的一種基本方法是將驅動器的功率轉換為英國熱量單位（Btu），然后意識到大部分能量都用于加熱泵殼中的液體，同時軸每轉1圈彎曲兩次。

在確定可接受的最小流量點時，需要計算/評估四個因素。在本文中，我們只研究主要的兩個因素。第一個是從泵的機械角度來看：從徑向和軸向推力的角度來看，泵能承受多少動態載荷？第二個是從熱力學角度來看的：液體在什么時候轉化/閃蒸為蒸汽？泵OEM將針對機械和熱因素確定泵的最小連續穩定流量，其中較高者將成為該泵的最小流量。

系統必須向泵供應液體

換句話說，離心泵不吸入液體。在本文的第1部分中提到，由于對離心泵的這種誤解，大多數泵問題發生在系統的吸入側。“這主要是由于一個普遍的誤解，即泵會將液體'吸入'到泵中 - 其實它們不會。系統的吸入部分必須提供所需的能量，以將液體輸送到泵中。這通常是通過重力或大氣壓力實現的。”

從技術角度來看，泵葉輪確實在葉輪正前方產生了一個較小的壓差，但能量水平不足以克服啟動和維持流量所需的重力和摩擦力。此外，請注意，液體不具有拉伸特性，因此泵無法將液體吸入自身。

描述泵吸入法蘭處系統吸入側所需能量的一種方法稱為裝置汽蝕余量（NPSHA），這是離心泵一個基礎性的問題【泵沙龍注：涉及汽蝕方面的議題，《泵沙龍》中相關的文章較多，如“離心泵基礎 – 了解離心泵汽蝕”、“離心泵NPSH裕量：工程實踐中無法回避的問題”、“福斯公司談離心泵汽蝕及其預測”、“關于汽蝕及其現場問題處理，服務工程師有話說”、“全面理解汽蝕及其對離心泵的影響”、“離心泵汽蝕安全裕量的探討”】。

NPSH

泵OEM/制造商將設計和測試其泵，以確定必須的凈正吸入壓頭（NPSHR，即泵的必需汽蝕余量）。也就是說，對于曲線上的幾個工況點，系統必須滿足泵吸入口所需的相應能量。泵制造商有責任根據行業標準進行此測試并報告/公布結果。

相反，對于任何給定的系統設計和相應的流量，都會有一定數量的NPSHA。準確確定/計算NPSHA是系統設計師的責任。NPSHA必須大于NPSHR，所需的裕量將根據此處未涵蓋但可在美國國家標準協會/水力協會標準9.6.1 - 2012中引用的幾種情況而有所不同。

如果NPSH裕量不足，泵將發生汽蝕，壽命短。汽蝕是指液體流（通常就在葉輪前面）中形成蒸汽汽泡，然后這些汽泡沿著葉輪葉片在一定距離內坍塌。通常，汽泡在葉片長度的前25 %至33 %范圍內破裂。汽泡將在葉片的凹面（非工作面）坍塌。

關于MCSF的注釋

請注意，對于給定尺寸的泵，如果一個制造商聲明其最小連續穩定流量低于另一個制造商，這并不意味著它一定是更好的泵。這可能只是意味著制造商在可靠性方面更加保守（泵沙龍注：即泵的運行區間相對較寬）。

汽蝕注意事項

你可能認為液體不夠熱，不足以形成蒸汽泡，也可能不是在環境壓力下。但請記住，如果充分降低壓力，你可以在室溫下將水煮沸。如果將壓力降低到絕對壓力0.363 psia，你可以在70 °F（21 °C）將水煮沸。

不要將汽泡（vapor bubbles）和氣泡（air bubbles）混淆。液體流中夾帶氣泡的破裂對葉輪幾乎沒有造成損壞。在氣泡阻礙液體流動的地方，可能會出現氣縛（air bind）。而蒸汽泡卻具有很高的能量，可在短時間內嚴重損壞葉輪。實際損壞程度將因能量水平、液體特性和葉輪材料而異。

僅僅因為具有足夠的NPSH裕量，并不意味著就不會出現汽蝕或損壞。即使有很高的NPSH裕量，也可能會出現汽蝕現象（如內部回流以），盡管可能不是非常具有破壞性。

你還可能會在葉輪葉片的凸面（工作面或高壓側）上看到汽蝕損壞，這通常是由于回流汽蝕造成的。這種損壞不是由于NPSH裕量不足，而是由于泵在BEP和接近關死點之間的不穩定區域內運行。發生這種情況的實際工作點（面積）是葉輪吸入比轉速的函數。而吸入比轉速以最簡單的形式表現為葉輪吸入側的設計幾何形狀。