离心泵气蚀的危害及防范措施

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离心泵由叶轮，泵体 ，泵盖，挡水圈，泵轴，轴承，密封环，填料函，轴向力平衡装置等部件组成。离心泵工作的时候叶轮进行高速旋转而产生的离心力将液体介质输送出去。启动离心泵前泵体及管道内必须充满输送的介质。启动后离心泵的叶轮高速旋转，叶轮的旋转带动叶片间的液体-道旋转，使得流体介质产生离心运动，液体由叶轮中心被甩到叶轮外缘进入泵壳，进入泵壳后介质流速逐渐降低，这时动能转化成为势能，产生-定的压力，于是介质以较高的压力沿离心泵的排口流出。

2离心泵气蚀现象的产生的原因气蚀通常发生在有流体输送的管道和泵体，当流体在高速流动和压力变化条件下，会使与之接触的管道部件表面受到气泡破裂的冲击，在金属部件表面形成杏。离心泵由于其转速高，输送的流体在泵体运动速度高因而常发生气蚀；离心泵叶片叶端的高速减压区是气蚀严重的部位。气蚀的形成原因-方面是由于冲击应力造成金属部件表面的疲劳破坏；另-方面液体的化学和电化学特性往往又加剧了气蚀的危害性和危害程度。离心泵气蚀的原因主要有：2.1泵体的结构设计离心泵泵体结构设计和制造过程存在缺陷或考虑不足时，离心泵的气蚀余量不足，不能满足离心泵的最佳运行状态，这就会使得离心泵抗气蚀的能力大大降低，也大大的降低了离心泵的使用寿命。

2.2输送介质的影响在输送比较轻的介质或者易挥发的介质时，由于轻质介体或易挥发介体产生的饱和蒸气压较高，而且这样的介质在温度发生变化时受到的影响也比较大，输送这样的介质时离心泵部件更容易发生气蚀现象。

2.3启泵时操作不规范离心泵在启动前泵体和管道必须充满介质，如果离心泵前灌泵不完全，泵体中就会残存-定量的气体，这些气体为气蚀的发生提供有利的条件。当泵启动后，泵体中残存的气体被流体介质逐渐带出形成小气泡，当气泡流动到液体压力超过气泡压力的地方时，气泡变瞬间溃灭，高频次、高强度的气泡的冲击产生极大的破坏力，是的叶轮及流道金属表面产生气蚀。

2.4泵的安装位置在安装位置不合理的情况下，离心泵从管道吸入介质时阻力增大；另外当离心泵的安装高度过高时，使流体到达离心泵入 口时的能量不足，这就直接导致离心泵气蚀的加剧。

2.5介质工况发生变化离心泵在运行过程中的流量、转速不稳定而造成流体介质的流态不断发生变化。随着流量的增加，离心泵的允许气蚀余量增大，对离心泵而言，当其工作流量大于额定流量时，允许气蚀余量增加较快。

3气蚀对离心泵的危害当流体中夹杂着气体时，流体的运动不再平稳 ，气流混合造成液体的湍流和冲击，因此当离心泵发生气蚀后表现出泵体的噪声变大，振动增强，使得泵的各项参数诸如流量、压力 、扬程都受到影响，并导致过流部件遭到破损。当气蚀比较严重时，对泵的影响非常大产生的破坏往往导致-系列的设备事故，甚至造成系统的停车。离心泵的危害主要表现在以下几个方面：3.1泵体出现振动和噪音当离心泵发生气蚀时，由于介质中的气泡破裂造成流体紊流，气体和液体对泵体叶轮、流道等部件的冲击频率和能量都相当大，泵体的振动会变大，并发出巨大的噪声，严重时直接影响泵的正常运转。

3.2造成泵的性能下降- 88-离心泵发生气蚀的时候，直接影响泵的各项参数，受到气蚀的破坏泵的流量、流速、出口压力、扬程都受到影响，大大降低了离心泵的效率，气蚀比较严重后由于泵的扬程和流量都无法满足工艺要求，因此会导致生产系统受到影响，甚至影响与泵连接工艺的稳定。

3.3对流道部件的侵蚀离心泵发生气蚀时，泵体内液体以很高的速度冲击已被腐蚀的杏，流道部件金属表面受到强烈的水击作用，由于液体介质的速度很高，流道此时受到的冲击应力非常大 ，而且冲击的频率仪常高，这种高压力高频次的冲击使得离心泵流道部件表面变成海绵-样的多孔状 长期气蚀后可将流道部件击穿，造成严重的事故。

4预防离心泵气蚀的措施4.1减少压力损失安装离心泵时，要使泵的介质入口离液面的距离旧能的低，缩短从泵入口到叶轮入口的距离，减少液流从轴向到径向的转弯损失，它们都能减少压降系数，从而提高泵的抗气蚀性能。

4.2增大泵的吸入管直径增大泵吸入管的直径，减少吸入管路的阻力损失，合理增大叶片进口冲角，通常保证叶片进口冲角的范围为 l5o。增大叶片进口芭角，减少压降系数，可以既不影离响心泵的效率又能提高离心泵的抗气蚀能力。

43降低离心泵的转速采用双吸叶轮可以在满足扬程和流量要求的前提下，降低离心泵的转速，从而减少泵吸入口的真空度；在泵流量-定的情况下 ，这样做可以使流经单侧叶轮的流量减少-半，降低每个叶轮进口平均流速，从而降低气体的冲击 ，减轻离心泵的气蚀。

4.4增加诱导轮采用双吸式泵或加前置诱导轮的离心泵，以改善吸入条件，降低吸人时的压力损失；可以在离心泵叶轮前面增加-个叶片负荷很低的轴流式叶轮。诱导轮的效果和普通轴流泵的作用不-样，该诱导轮的轮毂较小，叶片数也少，叶片芭角也较小，叶栅密度大，这些特点就可以使之具有良好的抗气蚀性能。所以增加诱导轮可以在很大程度上提高离心泵的抗气蚀性能。

4.5安装前置泵安装前置泵也是-个减缓气蚀的好方法，通常在离心泵设计安装过程都会在离心泵的前端装增压前置泵，-方面提高了离心泵的扬程，另-方面增加了离心泵的人口的压力，入口压力的提高减少了气蚀发生的可能性，提高了离心泵的抗气蚀性能。

4.6采用耐冲刷和磨损的材料气蚀总是不可避免的，因此可以从抗气蚀材料人手，使用抗磨的材料作为流道，该措施不能降低气蚀现象 ，但能增加离心的抗气蚀能力，从而延长泵的使用寿命。而且在使用这些材质的同时提高叶轮及流道的表面光洁度，能够有效减少介质漩涡的形成和减少诱发新气泡的机会，降低气蚀的强度，从而间接减少泵的气蚀程度。

4.7其他有效措施4.7.1适当降低泵的安装高度，选取正确安装位置，采取-些列增加气蚀余量的措施。

4.7.2减少吸人管路弯头、管路阀门、管道长度 ，来减少压力损失 ，采取稳流措施，最大程度保证泵入口介质平稳流动，避免流道内产生涡流，增加气蚀余量。

4.8采用变频调速可以在离心泵上加装变频器，在不影响生产系统负荷及泵的流量的条件下，采用新的变频调速技术，适当降低离心泵叶轮的转速，介质流速降低了，气蚀的程度也随之降低；同时采取变频调速器还可以在很大程度上降低离心泵的能耗。

5结束语离心泵的气蚀是伴随离心泵的运行的整个过程的，不可能完全工 业 技 术 2013年第28期 l科技创新与应用典型自动化设备及生产线应用与维护杜艳春(首铜 日电电子有限公司，北京 100144)摘 要：文章通过结合半导体 自动化生产后工序设备中自动焊机的硬件和软件系统设计，以及基于自适应模糊推理系统下的半导体生产线的相关知识点，详细介绍了典型自动化设备及生产线的应用与维护情况。通过分析和探究，以期能够给予广大半导体生产技术及作业人员-些参考和帮助。

关键词：自动化设备；半导体生产线；后工序封装1半导体自动化设备及生产线应用与维护分析1.1半导体自动化生产后工序设备的设计通常来讲，半导体生产的过程主要由生产芯片的前工序和检测与封装芯片的后工序等两部分构成。在生产后工序中，目前大多数依靠的是手工操作超声波铝丝焊接机、超声波金丝球焊接机等 ，为此，自动焊机的改造和投入，成了人们提高工作生产率和产品合格率的重要途径。主要包括设计系统的硬件和软件部分。

1.1.1半导体生产后工序的自动焊机硬件改造自动焊机-般是通过计算机控制，并将光、电、气与机械集为-体的具有精度高等特点的自动化设备。-般 自动焊机是通过 CCD摄像头输出芯片和引线框架图像的视频流，再经过视频线，将其传输给视频采集卡，由系统每隔-段时间自动在视频采集卡当中捕获- 幅图像数据，并借助内存缓冲区缓存。为确保获取的图像预存焊点坐标的精确性，由模板匹配识别芯片进行修正。同时，有次序地将信号发送给步进电机运动控制器，启动步进电机，实现对 x-Y平台的调整，串口通信焊接头进行预定高度焊接。在自动焊机的硬件系统中，主要由照明系统、图像采集系统和控制系统等构成。通过改进，对于芯片的检测和封装具有重要意义。

在照明系统中，自动焊机通过选用加过滤镜的白炽灯冷光源与LED光源，并通过两者的来回互换工作，-定程度上能够使得光源系统的稳定性得到提高。在图像采集系统中，通过实现视频图像信号向数字图像信号的转换 ，以此来利用计算机处理内存缓冲区当中的视频图像。在控制系统中，通常计算机处理的图像都具有数量大、复杂性高等特点，为此，可以通过改用高速度和大容量的计算机来完成对精确焊点的焊接控制。

1.1.2半导体生产后工序的自动焊机软件系统在自动焊接系统的软件部分，图像识别子系统-般具有识别芯片和引脚框架的功能，图像定位子系统-般用于对位于芯片及其外部引脚框架的焊点的精确定位。由于制造工艺对芯片的尺寸精度、几何精度、表面洁净度和表面结构的要求较高，同时，根据焊接指标的要求，-般芯片的定位精度要在 6lum，焊接速度要在 4线/s，实际焊接度要在 250ms/ ，且焊盘识别定位、焊盘焊接、线形拉线和引脚框架焊接等几部分大概需要 lOOms。为此，在焊接时，应选用I 像识别定位高速且精确的软件 ，通过人工引导测定芯片上各个焊点的坐标，并借助模板匹配识别芯片，再将焊点坐标进行精确度修正，从而确毕高的识别准确率。

1.2典型自动化设备的生产线应用策略与维护自适应模糊推理系统(ANFIS)，通过结合具有概括提取先验知识的模糊逻辑与具有学习归纳未知特性的神经网络，能够借助任意精度逼近非线性函数，且具备较强的推广能力和较快的收敛速度。

通过在半导体生产线中的应用与维护工作中构建 ANFIS模型，能够直观有效地提高生产线的整体性能。

12.1基于 ANFIS的半导体生产线应用分析假设半导体生产线共有 n台设备，可以构建如下模型：Yf(xl， 2， ，z”十l， 2， ，f3， 4)。

其中，Y为下-次可能发生故障的设备代码，Xl为故障设备的代码，x 、x3x 。为每台设备的利用率 ，x 为当前在制品，x 为故障设备的预计维修时间。此外，若x 的值为 1，则表明属于突发性故障；若为O，则表明设备正处于停机维护阶段∩以在充分考虑当前在制品、故障设备预计维修时间和突发故障是否产生等情况下，借助当前设备利用率作为故障的判定指标，构建半导体生产线的检测模型，从而有效预防和减少 自动设备发生故障，提高成品率。

- 般可以应用以下步骤训练输入和输出的数据 ：(1)输入数据，反复学习与更新 ANFIS所需要的参数；(2)借助 ANFIS的减法聚类构建初始模糊推理系统，并选用钟形函数作为隶属的函数类型；(3)通过混合学习算法对模型参数进行优化 ，确认训练的周期、误差限等选项值 ；(4)开始对输入和输出数据进行训练；(5)对被测试数据和模型输出的关系进行观察。通过训练，能够有效预测可能发生故障的半导体设备，并将误差控制在预定范围内。

1.2.2基于 ANFIS半导体生产线的维护工作通常在维护半导体生产线的工作上，主要包括了预防性维护和矫正性维护等两种。其中，预防性维护可以借助系统监测及其他方式，对设备预故障进行维护，或是对故障造成的累加性能下降比较弱时进行维护。而矫正性维护-般是在故障发生后所采取的维护手段。

例如在维护某半导体生产线的数据时，可以通过选用 eM-Plant仿真软件进行为期 3个月每天 24h不间断计算的设备维护调度实验。首先 ，通过模型层为与半导体生产线相关的制造资源构建仿真模型；其次，通过控制与调度层对各种规则及策略的使用，实现包括生产线投料、工件调度、设备维护等在内的控制；最后 ，通过性能分析层分析和评价仿真数据的定量性能。在工件调度策略方面，分别选用先进先出、最早交货期、最短剩余加工时间、临界值等性能指标，进行原设备维护调度与选用ANFIS建模后的设备维护调度相比较。据了解，基于 ANFIS的半导体生产线要比传统的半导体生产线更具优势。

2结束语通过对自动焊机的软、硬件系统和半导体生产线的应用与维护的探讨，了解到自动化设备及其生产线的改善工作 ，对于降低工厂的生产运营成本，提高设备合格率等方面具有重大意义 ，是自动化设备获得普及应用和发展的关键。