離心泵選型和應用中存在的一些誤區
購買一臺品質良好的設備並不能確保無故障運行。如果不是專門為特定應用而設計，那麼最好的設備也會出現問題。每臺離心泵都具有特定的使用工況和運行範圍，一旦偏離這些使用工況和運行範圍，將會給泵(組)的安全、可靠運行帶來隱患。
由於不少用戶/工程公司/設計院對離心泵的理論和工程實踐經驗缺乏非常全面的了解，以至於經常做出一些不合適的要求和運行，從而導致非最佳選型和不恰當的應用，運行及維護費用將大幅度提高。
本文將結合工程實踐經驗，對離心泵選型和應用中存在的一些誤區進行闡述和說明，以避免廣大用戶出現產品選型和應用不佳的情況。
1 選型中存在的一些誤區
1.1 效率越高越好
高效意味著能耗費用低，這是每個最終用戶所期望的，也一直是每個離心泵製造商所追求的目標之一。之所以稱之為「目標之一」，是因為一些特定場合用重要離心泵(例如超長使用壽命的核電站重要用泵、火電廠高壓鍋爐給水泵以及石化行業的API泵等)，始終將長期安全穩定運行(即可靠性)放在第一位。
高效也意味著較小的(耐磨環、平衡機構等)運轉間隙、較細的泵軸、嚴格的公差配合以及不會干擾流體流動的光滑過渡的流道等，這會造成用戶的維護時間和成本大幅度的提高。
但是很遺憾，不少買方/最終用戶/工程公司的決策人員卻簡單地要求將「高效」應用於所有場合的離心泵，強制執行GB19762-2007《清水離心泵能效限定值及節能評價值》標準。更有甚者在很多項目招標過程中，首先直接比較泵的效率或強制規定泵的效率值，效率低的製造商將被直接淘汰，既不科學也不合理。這是對標準的誤讀，也是標準條款不明晰和標準本身缺陷所造成的。其實，早在2001年歐盟委員會便出臺了「STUDY ON IMPROVING THE ENERGY EFFICIENCY OF PUMPS」，該報告認識到：對泵效率的選擇是最大的挑戰，只能給予簡單的指導。泵的效率隨著轉速、葉輪形狀、執行標準(如API標準要求大的耐磨環間隙)、介質特性的不同而變化……也就是說，對於一些特定場合用泵，相關能效標準並不適用。儘管在泵系統生命周期內的能耗費用超過維護費，但具體操作人員往往極其關注的是泵系統在現場的穩定運行。與節能相比，優先考慮的是有效維護。
不同的公司對於不同用途的離心泵在設計理念上各不相同，有的將節能放在第一位，有的注重可靠性，有的關注超長的使用壽命。上世紀80年代，是中國火力發電大發展的時期，國外知名的電站泵生產廠家紛紛搶灘中國市場，絕大多數電站泵廠家的產品均以安全可靠性高而著稱，其中有一家號稱其產品在同行中效率最高而搶得一些市場份額，且經用戶使用後發現其效率確實較同行略高一些，但卻存在一個非常致命的缺陷--頻繁斷軸，最終被踢出了中國電力市場。因此，離心泵並非效率越高越好，高效往往是以犧牲安全可靠性和壽命為代價。
1.2 泵的必需汽蝕餘量越低越好
對於用戶來說，泵的必須汽蝕餘量NPSHR越低越好，這樣可以大大降低裝置高度(即裝置汽蝕餘量NPSHA)，有效降低投資成本。
在大多數泵系統中，NPSHA趨於隨著流量的增加而減小，而NPSHR趨於隨著流量的增加而增加。因此，在系統設計之前，應考慮泵製造商的建議及其應用經驗，檢查並確認在所有預期運行的流量範圍之內給出一個足夠的安全裕量。同時，在確定裝置汽蝕餘量時，買方和賣方應當弄清楚最小連續穩定流量與泵的吸入比轉速之間的關係，一般來說，泵的最小連續穩定流量隨著吸入比轉速的增加而增加……，選擇吸入比轉速的大小及NPSH安全裕量時，應當考慮現有的工業水平和製造廠經驗 [1]。
在相同的轉速和流量下，NPSHR越低，泵的吸入比轉速越高。與較低的吸入比轉速泵設計相比，較高的吸入比轉速泵更有可能遇到不良的振動和噪音，同時，允許的運行區間也變得較窄。
關於吸入比轉速對離心泵運行可靠性的影響，國際同行具有非常豐富的工程應用經驗，並給出了吸入比轉速的最大限定值，可供泵選型時參考。其中，UOP 5-11-7規範[2]中規定的吸入比轉速的限定值在全球得到了廣泛認可和應用，其規定如下：泵的吸入比轉速不得高於13000(m3/h, rpm m);當泵送介質為水或水含量超過50%的溶液，並且泵的單級葉輪功率超過75 kW時，吸入比轉速不得高於11000 (m3/h, rpm, m)。著科技的發展，今天，在不加大葉輪進口直徑的情況下，人們改善離心泵吸入性能的可選擇手段較多，吸入比轉速的限值也相應提高。作者在研究了國外很多跨國公司(如EBARA、KSB、ITT等)的產品後發現：通過現代設計手段(而非傳統的加大葉輪進口直徑的方法)設計出來的BB2型，其吸入比轉速的限值可達到約14400(m3/h, rpm, m)。
1.3 泵的臨界轉速距離實際轉速越遠越好
在實際工程招投標過程中，工程公司/設計院/用戶為了防止泵運行過程中出現共振，希望一階橫向臨界轉速離泵額定轉速越遠越好(如早期核電站常規島主給水泵招標文件中要求「泵組軸系在水中的第一臨界轉速應高於其額定工況點對應轉速的125%」，幾年後要求「泵組軸系在水中的第一臨界轉速應高於其額定工況點對應轉速的135%」，然而最近的一次卻要求「泵組軸系在水中的第一臨界轉速應高於其額定工況點對應轉速的150%」)，同時，要求滿足現行能效標準。從技術角度來說，泵的臨界轉速完全可以設計得距離實際轉速很遠。但是，卻忽略了臨界轉速對泵性能的影響(與泵的能效要求相矛盾)。在同等條件下，臨界轉速越高，軸系越粗，意味著泵的效率越低。為此，應根據不同的泵型及不同的使用工況，合理確定臨界轉速與泵的額定轉速之間的差值。
參考文獻 [1] 規定：對於傳統的剛性轉子，且設計僅作溼運轉的轉子時，其一階幹臨界轉速應高出泵的最大允許連續轉速20 %。對於核電站常規島主給水泵，德國KSB公司通過不斷優化設計、並經40多年的實際工程應用經驗的驗證，認為該泵「軸系在介質中的第一臨界轉速高出泵額定工況點對應轉速的約125%」是比較合適的。
1.4 離心泵可以處理氣液兩相流
離心泵的溶氣運行是十分複雜的氣液兩相流流動，國內外同行對此進行了大量的研究。經驗證明：在對離心泵葉輪進行特殊設計(例如葉輪後蓋板為半開式，並在後蓋板葉輪流道上接近葉輪入口處開設回流孔)的情況下，含氣量達到10%(體積含量)時，離心泵仍能持久穩定工作[3];而對於普通離心泵，可以處理夾帶少量氣體(1%至2%體積含量)的液體。液體中夾帶少量氣體可以緩衝汽蝕汽泡坍塌所產生的衝擊力，並可以減少由此產生的不良噪音、振動和侵蝕損壞[4]。但是，當氣體含量達到6%時，普通離心泵就可能會產生汽蝕、氣阻等現象[5]，並導致性能(流量、揚程及效率)的急劇下降。
2 應用中存在的一些誤區
2.1 允許在最小連續穩定流量以下長時間運行
ANSI/API610標準[1]對最小連續穩定流量的定義是：在不超過本國際標準規定的振動限值的情況下泵能夠工作的最小流量。也就是說，一旦泵在低於該流量下較長時間運行，將會導致以下問題：產生內部回流、汽蝕、額外的徑向力(特別是單蝸殼泵)及液體溫度的升高等，從而引發機械振動和噪音的顯著增加，輕則大大降低機械密封和軸承的壽命，重則發生斷軸、進而導致整個轉子及與其配合零部件的嚴重損壞。不少用戶在產品調試期間由於對設備運行維護手冊未充分理解，認為離心泵可以在任何工況(包括最小連續穩定流量以下、甚至零流量)下都能較長時間運行;或者因為產品處於「質保期內」，少數用戶為了防止正常運行時出現誤操作，而在調試階段有意嘗試在某些禁止工況下運行。對於離心泵來說這屬於破壞性試驗，必須嚴令禁止。
2.2 開閥啟動就是出口閥全開狀態下啟泵
在很多需要長期連續運行的系統(如電站系統)中，通常都會設置備用泵，而且備用泵隨時處於待啟動(泵已灌滿介質;密封、冷卻水、潤滑油等輔助系統已運行)狀態。一旦主泵出現故障，備用泵便會自啟動。為此，泵出口閥必須處於開啟狀態，也就是人們常說的「開閥啟動」。
對於開閥啟動，不少買方或用戶始終有一個誤解：認為「開閥啟動」便是「出口閥全開的狀態下啟動」。非也!「開閥啟動」實際上是指「出口閥處於指定流量下(如額定流量)的開度狀態啟動」。通常，系統中所配用的泵出口閥門能夠通過的流量遠大於泵的額定流量。如果出口閥全開，泵將處於偏大流量運行，可能引起一系列的問題，如汽蝕、振動、驅動機超負荷或機組無法啟動等。
2.3 填料密封可以直接換成機械密封
以OH1/OH2型離心泵為例，對於填料密封，為了產生足夠的軸向空間來容納填料、填料環、填料壓蓋和能夠讓手進入的足夠的操作區域，泵製造商必須將泵葉輪移到離軸承很遠的地方。當泵啟動時或軸受到最大徑向力而發生偏轉時，填料將作為軸承系統的一部分，具有支撐作用。
當填料密封直接換成機械密封時，由於機械密封不具備填料密封「作為軸支撐系統的一部分」的功能，當泵啟動或軸受到最大徑向力而發生偏轉時，將不可避免地引起零部件壽命的降低、損壞或設備故障。同時，由於填料密封填料函(密封腔)內徑太小，這個狹窄的空間不足以為機械密封提供足夠的空間來利用離心力將固體從密封面上拋出，也不足以提供足夠的間隙來充分冷卻密封部件。
對於端吸離心泵，當改用機械密封時，應計算 L3/D4的比值，該值應低於60 - 美制單位(公制單位為2.0)，以防止軸過度彎曲[5]。其中：
- L為內側軸承中心與葉輪中心的跨距(英寸或毫米)
- D 為機械密封軸套處的軸徑(英寸或毫米)
老的ANSI泵的L3/D4在20~120之間，但是已經引入了新的設計，該比值低於10(美制單位)。而文獻 [1]給出了一張懸臂泵軸撓性係數(L3/D4)與其尺寸因子(QH/N)的關係圖：對於某一尺寸因子的懸臂泵，要求其撓性係數位於剛性線之下，以滿足API泵的「剛性軸」設計(防軸過度彎曲而影響機械密封的使用壽命)、確保能長期安全穩定運行。
2.4 允許反轉
對於很多重要工況用離心泵，用戶通常強制要求(在出口閥故障的情況下)允許泵反轉，並且要求允許的反轉速度達到額定轉速。這在理論上是可行的，但在實際工程應用中，由於受到各種因素(如成本、能效、安全可靠性、機械密封系統及結構、運行工況等等)的制約，卻很難做到。同時，由於「反轉」屬於故障/事故工況，難免會出現一些極端(故障疊加)的情況：
-「晃電」啟動。當設備失電、出口閥同時出現故障、且泵處於高速反轉的情況下電源在短時間內又突然恢復，即在反轉時突然啟動泵(組)，將使泵轉子瞬間承受超常的扭矩，極易造成斷軸。
- 對於帶泵送環的機械密封結構，在反轉工況下可能會引起機封衝洗液的中斷、進而造成密封面的損傷或機封壽命的降低。因此，一旦泵出現反轉，停機後必須對機械密封進行檢查，以確定密封面是否損傷。
- 另外，如果轉子上的緊固件未考慮防松設計或防松設計不可靠，在反轉的情況下將造成零部件的鬆動、損壞。
因此，對於一些非重要工況場合，建議不需要強制要求允許反轉。
2.5 工業淨水適用於高溫泵冷卻夾套的冷卻
由於工業淨水中含有過多的礦物質，在高溫下極易結垢、堵塞，從而影響冷卻效果。因此，工業淨水不適用於作為高溫泵冷卻夾套的冷卻液。軟化水或低壓蒸汽將是更好的選擇。
3 總結
並非泵的效率越高越好。高效通常以犧牲運行可靠性為代價。
泵的必需汽蝕餘量並非越低越好。一方面受現有工業設計和製造水平的限制;另一方面會導致吸入比轉速偏高，泵允許的運行區間變窄。
應根據不同的泵型及不同的使用工況，合理確定臨界轉速與泵的額定轉速之間的比值。
普通離心泵可以處理少量夾帶氣體的液體。
嚴禁泵在最小連續穩定流量以下長時間運行。
通常，禁止泵在出口閥門全開的情況下啟泵。
原則上，填料密封結構不能直接用於機械密封。
應避免泵出現反轉。
工業淨水不適用於高溫泵冷卻夾套的冷卻。