了解离心泵为什么会出现流动再循环现象。
ANDREW SLOLEY
低流量时，吸入再循环（内部回流）会影响离心泵的运行。泵的吸入比转速和吸入能量可以帮助我们了解潜在的问题（参见：“Cut Pump Speed to Cut Problems”）。变频驱动器（VFD）通常可以提供一种解决方案（参见：“Consider VFDs for Centrifugal Pumps”）。解决吸入再循环问题无疑会需要花钱。通常情况下，要想获得资金，就必须说服资金负责人问题的真正原因。许多人很难理解流量在离心泵内会倒流这一现象。多年来，我一直在努力寻找一个从基本正确但简单的解释。
首先，我们必须意识到，对机械工程师来说简单的事情对化学工程师来说可能很复杂。那么，让我们用两组人都能理解的方式来解释这一现象。对于机械工程师来说，离心泵可以增加液流的压力。液体流动的自然方向是从高压流向低压。液体流经泵是因为旋转的叶轮提供了产生压力的速度。速度梯度产生出口压力。在离心泵中，液体进入叶轮中心的吸入孔。液体在叶轮外围离开泵之前会改变流速。为了处理从叶轮中心到边缘的流动几何形状和速度的变化，流道形状会发生变化。图1显示了逆时针旋转的叶轮的端视图，图2显示了侧视图。入口液流以特定的入射角接触叶轮的前缘（见图1）。通过对液体流动方向的矢量分析表明，入射角会影响涡流的形成。随着流速的下降，形成的涡流变大。最终，涡流会产生从泵出口到泵入口的部分流动。局部流型遵循图1所示的形状。对于化学工程师来说，最好考虑泵流型如何与物料平衡边界相互作用。通过泵的一系列物料平衡边界的净流量始终与泵吸入流量相同。如果泵吸入流量下降，则通过泵任何横截面的净流量也会下降。由于典型液体在大多数情况下是不可压缩的，这就产生了一个绝对要求，即任何横截面的平均速度都随流量线性变化。
然而，在靠近叶轮的压力边缘（前缘表面）附近，叶轮转速决定了（叶轮叶片出口边）液体的流速。如果平均液体流速下降，但是在流动通道区域中的速度接近恒定，则其它区域的速度必须比平均流速下降得更多。在某些点上，当平均流速降低到足够低时，远离叶轮前缘的区域的流动方向必须发生逆转以满足平均流速的要求。图2显示了泵在最佳效率点（BEP）和低流量工况（BEP的0.25）下的流动示意图。在低流量时，泵内的流道（显然）过大。然而，它们必须充满液体，这就导致了流动再循环。由于再循环在低压区域产生的汽化引起的汽蚀，流动再循环会损坏叶轮。流动再循环还会对泵零部件施加不平衡的力和振动。机械和工艺改进都可以减少流动再循环的现象。机械解决方案侧重于泵。例如，叶轮-蜗壳-几何形状的匹配、叶片角度、叶片前缘和叶轮入口孔的修改以及泵转速的变化都可以提高泵的灵活性（改变泵的性能 – 泵沙龙注1）。然而，每种因素对泵的效率、扬程和流量的影响都不同。
有两种方式可改善/消除小流量下流动再循环：一种工艺改进是增加一条再循环回路（最小流量回路 – 泵沙龙注2），以使泵远离低流量区域。再循环系统需要额外的设备（管道、节流孔板、控制阀等）。根据我的经验，许多流量控制回路因维护成本或忽视其重要性而被放弃。另一种工艺改进为泵提供额外的吸入压头（即提高入口压力 – 泵沙龙注3）。这有助于防止类似汽蚀的损伤。即使在泵的低压区域也有足够的压头来保持流体高于其汽化压力。然而，额外的吸入压头并不能解决应力和振动的问题。在某些情况下，泵的振动可能会超过良好的实践。额外的应力和振动会缩短平均维修间隔时间和平均故障间隔时间。维护成本随着高振动和高应力而上升。降低运行速度可降低振动和泵负载。虽然这可能不是一个的解决方案，但改用VFD可以使几乎所有受到入口再循环影响的离心泵受益。选择正确的选项需要对机械和工艺限制以及成本进行全面的分析。
