离心泵的汽蚀现象及消除

离心泵的汽蚀现象及消除江苏省射阳职业高级中学黄兵224361摘要：离心泵的汽蚀是液体输送机械中常见的故障之一，由于进口池或管路设计不合理，以及安装高度不当等原因而常引起泵的性能下降甚至完全中断工作，故需正确诊断汽蚀及时排除故障。关键词：离心泵汽蚀饱和蒸汽压汽蚀余量离心泵运转时，液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降，在叶片入口附近的液体压力达到最低，此后由于叶轮对液体作功，液体压力很快上升。当叶轮叶片入口附近的最低压力小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力时，液体就汽化。同时，使原来溶解在液体内的气体也逸出，它们形成气泡。当气泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的液体压力高于气泡内的汽化压力，则气泡又重新凝结溃灭形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，造成液体互相撞击，使局部的压力骤然增加。这样，不仅阻碍液体正常流动，尤为严重的是，如果这些气泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数个小弹头一样，连续地打击金属表面。其撞击频率很高，于是金属表面因冲击疲劳而剥裂。如若气泡内夹杂某种活性气体（如氧气等），它们借助气泡凝结时放出的热量（局部温度可达200300C）,还会形成热电偶，产生电解，形成电化学腐蚀作用，更加速了金属剥蚀的破坏速度。象这种液体汽化、凝结、冲击、形成高压、高温、高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为离心泵的汽蚀现象。汽蚀发生时，由于机械剥蚀与化学腐蚀的共同作用，致使材料受到破坏，还会出现噪声和振动。汽蚀发展严重时，大量气泡的存在会堵塞流道的截面，减少流体从叶轮获得的能量，导致泵中液体中断，不能正常工作。一、离心泵汽蚀的原因液体的汽化程度与压力的大小、温度高低有关。当液体内部压力下降，低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时，便产生汽蚀故障。凡影响液体压力和饱和蒸汽压力的因素都会影响汽蚀的发生，通常的因素有：1泵进口的结构参数：包括叶轮吸入口的形状、叶片入口边宽度及叶片进口边的位置和前盖板形状等。2泵的操作条件：它包括泵的流量、扬程及转速等。3泵的安装位置：它包括泵的吸入管路水力损失及安装高度。4环境因素：它包括泵安装地点的大气压力以及输送液体的温度等。二、离心泵汽蚀的诊断方法判断离心泵是否发生汽蚀，可以采用观察法、泵体外噪声法、振动法、超声波法等。1. 观察法：破坏表面观察法是在事后观察方法，根据破坏的表面形状来进行判断。由于汽蚀、铸造气孔、冲刷磨损、腐蚀等均会造成金属表面形状与理想形状的不同。汽蚀破坏的金属表面通常显现蜂窝状，它是由局部高速水打击金属而使金属表面疲劳破坏，所以蜂窝孔一般是与外部相通的，大多数的坑槽与金属表面垂直。而铸造缺陷的疏松往往深藏在金属内部，有时由于水流的冲刷将金属内部的疏松、气孔呈于表面而误认为是汽蚀，但当我们用机械的方法继续去除表面时会发现其内部仍有气孔。冲刷磨损痕迹往往出现与水流方向相同的沟槽，但要注意有时有水流旋涡。2. 噪声法：泵体外噪声法比较简单，可以不与泵体接触。但由于噪声法受周围环境噪声的影响较大，当显示其强度最高时，一般水泵汽蚀已达到非常强烈的阶段，这时人耳已能通过强烈的汽蚀爆裂声判别汽蚀工况。因此，泵体噪声法不太适合现场监测汽蚀的发生。3. 振动法：这种方法是通过加速度计探头测量泵体振动频率的一种方法，方法简单，但灵敏度较低。特别对于大泵，泵体刚度大，对泵内局部汽蚀引起的气泡溃裂所产生的激振反应迟钝，同时，泵上振源较多。由于汽蚀引起的振动常被掩没在其它振动之中。因此，振动法只适宜作为现场监测汽蚀的辅助手段。4. 超声法：超声波法判断汽蚀现象方法简单，调试方便，且不受其它环境噪声的干扰，对汽蚀的发生和发展敏感性强。因此，作为泵站现场监视汽蚀是一种比较理想的方法。三、离心泵汽蚀的防护措施对离心泵汽蚀的防护通常有三种措施，即提高离心泵本身的抗汽蚀性能和提高进液装置有效汽蚀余量，以及优化工艺操作条件。1提高离心泵本身抗汽蚀性能的措施(1) 改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计。增大过流面积和叶轮盖板进口段的曲率半径；减小液流急剧加速与降压，适当减少叶片进口的厚度，并将叶片进口修圆，使其接近流线形；提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失。(2) 采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前作功，以提高液流压力。(3) 采用双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，则进口截面增加一倍，进口流速可减少一倍。(4) 设计工况采用稍大的正冲角，以增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积；改善大流量下的工作条件，以减少流动损失。但正冲角不宜过大，否则影响效率。(5) 采用抗汽蚀的材料。实践表明，材料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗汽蚀的性能越强。2提高进液装置有效汽蚀余量的措施提高进液装置有效汽蚀余量的具体方法有：增加泵前贮液罐中液面的压力，以提高有效汽蚀余量减小吸上装置泵的安装高度；减小泵前管路上的流动损失，如在输液要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等。3优化工艺操作条件在工艺条件允许的情况下，改变泵的流量、扬程、转速及介质的操作温度等操作参数，可以避免汽蚀的发生。但由于工艺条件的限制，优化工艺操作条件具有很大的局限性，大部分情况下效果并不显著。所以，可将该方法作为解决汽蚀问题的辅助方法。以上措施可根据泵的选型、选材和泵的使用现场等条件，进行综合分析，适当加以应用，使泵得以正常运转。