水泵压力脉动问题原因分析及应对措施介绍

水泵压力脉动

压力脉动仅在高压泵中受到关注，其中扬程超过300m。对于高扬程泵，吸入和排出压力脉动可能会导致泵控制的不稳定、吸入和排出管道的振动以及高水平的泵噪音。此外，应对内部承压构件的任何失效进行检查，并考虑到疲劳失效是由内部压力脉动引起的可能性。如果疲劳失效显示出由循环应力引起的细小擦痕，则压力脉动可能是问题的根本原因 。

离心泵的吸入和排出都存在压力脉动。这些脉动的幅度和频率取决于几个因素：

泵的设计、泵产生的总扬程、吸入和排出管道的响应以及泵特性曲线上的运行点。

脉动的频率可能来自已知的来源，例如运行频率或叶片通过频率或每个的倍数，或者它可能看起来是随机的，因为它可能来自系统的共振、阀门的涡流或上游管道不良。无论来源如何，不应将脉动视为不相关而不引起重视，因为脉动携带有关系统的信息。在泵吸入中观察到的频率远低于排出中的频率。泵吸入的典型频率约为 5 到 25 个周期/秒，并且似乎与泵的转速或叶片通过频率没有任何直接关系。

管道系统或其元件中的压力脉动可能会被放大，这可能导致交变应力和超出系统耐受极限的过度振动。在叶轮出口处发现的尾流是脉动的最强来源。这是由叶轮叶片和蜗壳处的流体流动之间的相互作用引起的，这会导致叶片通过频率及其谐波的压力脉动 。

水锤是管道系统中压力脉动的另一个主要原因。水锤主要是由阀门快速关闭或泵故障导致止回阀突然关闭或突然切换和泵启动程序引起的。管道中这种突然的流量变化会产生压力波动，以声速通过系统。为防止管道系统中发生水锤现象，可以在系统中放置一个储罐来吸收压力脉动。在这种情况下，止回阀/故障泵产生的水锤会以声速通过管道系统。在储罐处，压力波被吸收，然后反射回止回阀/故障泵。一旦到达止回阀/发生故障的泵，波就会再次反射回储罐。该过程重复进行，直到波的能量因动摩擦和流固耦合而消散。

反射水锤的阻尼由泵的速度控制。低泵速没有影响，但更高的泵速可以减少压力脉动。泵还能够产生压力脉动。泵在部分负载运行时产生的脉动最大值，当泵在其设计点运行时出现最小值。当泵速变化时，脉动也会发生变化，在这种情况下，高泵速会产生高脉动，而低泵速是压力脉动的次要来源。

研究表明，泵的作用类似于压力波的不动阀，产生低阻力，与波的压力幅度相比非常小。大约 80% 的压力波通过泵，而剩下的 20% 被泵消散。这个数字取决于叶轮的叶片是否直接位于泵的出口前面。

由于水的吸声性低，压力脉动很容易持续。四分之一波长的奇数倍和半波长的倍数的管道长度可能会共振并将压力脉动放大五到六倍。由于压力脉动的极度放大，管道支架，尤其是发电厂给水系统的管道支架已经失效。在吸入系统中，吸入结构或吸入管道系统中的共振条件会严重恶化，从而导致初始气穴和振动、侵蚀，在某些情况下，还会导致故障。可以通过改变叶片数量或在管道系统中插入膨胀室或文丘里管部分来消除共振。

压力脉动通常用压电压力传感器测量，并记录为宽频带上的峰间压力脉冲。记录信息后，可对数据进行光谱分析，以检索信息，并用于制定应对情况的策略。

压力脉动会产生三个主要问题：吸入或排出管道的振动、泵控制装置的不稳定性以及压力脉动引起的泵内部承压部件的疲劳失效。

如果压力脉动导致吸入或排出管道发生振动，则管道结构上的振动测量可能比使用压电压力传感器更合适。

以下策略可用于缓解吸入或排出管道中的压力脉动：

改变管道或支架中响应任何压力脉动的共振频率；

通过安装从泵的排放口到吸入口的旁路或改变操作模式来增加泵的输出；

如果管道响应泵的叶片通过频率，则用包含更多或更少叶片的叶轮更换叶轮；

通过安装从泵的排放口到吸入口的旁路或改变操作模式来增加泵的输出；

安装声学过滤器以降低压力脉动的幅度。