探討離心泵的汽蝕危害及其預(yù)防措施

杜江波 楊 揚(yáng)

（河北德林機(jī)械有限公司，河北石家莊 051130）

1 汽蝕機(jī)理

汽蝕的過程就是離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中的液體汽泡從產(chǎn)生到破裂的全過程，一般情況下，汽泡從產(chǎn)生到消失的時(shí)間非常短，且這一過程的動(dòng)態(tài)較為復(fù)雜。

當(dāng)離心泵中的液體發(fā)生流動(dòng)時(shí)，其中流道內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)的壓強(qiáng)是不相同的。液體流動(dòng)的靜壓力降低就會(huì)產(chǎn)生一定的汽化，因?yàn)榫鸵话闱闆r下的流體物理學(xué)來說，雖然和外界沒有能量交換，外界的熱量也沒有傳達(dá)到液體中，但是由于液體快速流動(dòng)所產(chǎn)生的低壓低于汽化的壓力，就會(huì)使得質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生汽化，這種汽化的表現(xiàn)形式就是在離心泵的液體中產(chǎn)生很多的汽泡，同時(shí)這些汽泡中有很多充斥著液體的蒸汽，這些蒸汽有些隨著汽泡破裂而消散，有些則是在汽泡中和液體相融合，如圖1 所示為離心泵汽蝕。

圖1 離心泵汽蝕

被汽化的液體中含有的氧汽和被汽化液體周圍的液體中的氧汽都被分離并析出，混合到汽泡內(nèi)的蒸汽里，并且隨著液體的流動(dòng)，汽泡也隨著進(jìn)入離心泵的高壓區(qū)，這時(shí)流體的靜壓力再次升高，當(dāng)流動(dòng)液體的靜壓力大于汽化的壓力時(shí)，汽泡內(nèi)外的壓強(qiáng)就會(huì)不一致，從而導(dǎo)致汽泡迅速的凝結(jié)，然后周圍的液體迅速地填充入汽泡破裂后的孔位中，并產(chǎn)生巨大的內(nèi)向性質(zhì)的冷凝沖擊，使得蒸汽又重新凝結(jié)變成液體，這種冷凝現(xiàn)象會(huì)使得其它的汽泡消失。[1]

破裂的汽泡凝結(jié)成液體的同時(shí)這部分液體就會(huì)產(chǎn)生能量，形成無數(shù)細(xì)小的高頻撞擊柱沖擊金屬的表面，長此以往就會(huì)造成金屬表面的腐蝕。

2 汽蝕的危害

2.1 產(chǎn)生振動(dòng)和噪音

在離心泵發(fā)生汽蝕的過程中，汽泡進(jìn)入到高壓區(qū)會(huì)迅速地受到?jīng)_擊而產(chǎn)生縮小和破裂的現(xiàn)象，然后周圍的液體質(zhì)點(diǎn)會(huì)飛速的回填汽泡破裂所產(chǎn)生的空穴，從而產(chǎn)生巨大的能量，這種能力會(huì)產(chǎn)生水力高頻沖擊，這種高頻的沖擊一定會(huì)伴隨著振動(dòng)和噪聲。

一般情況下，通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，汽蝕所引起的振動(dòng)頻率范圍從1000HZ 到25000HZ 之間，如果汽蝕所產(chǎn)生沖擊的頻率和離心泵內(nèi)裝置的固有頻率接近，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

然后由于汽泡的破裂，液體微團(tuán)之間也會(huì)發(fā)生碰撞，從而導(dǎo)致和流道壁表面發(fā)生沖擊，這種沖擊頻率不同，因此會(huì)產(chǎn)生各種頻率范圍的噪聲，產(chǎn)生的噪聲時(shí)高時(shí)低。當(dāng)汽蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重的時(shí)候，會(huì)引起離心泵強(qiáng)烈振動(dòng)并發(fā)出巨大的噪音，這不僅會(huì)對(duì)工作環(huán)境造成危害，同時(shí)也會(huì)使得離心泵無法正常的工作。

2.2 過流部件的汽蝕破壞

流動(dòng)液體所差生的汽泡在金屬表面破裂的過程中，金屬表面會(huì)受到連續(xù)的猛烈沖擊，這種沖擊主要來自于破裂的汽泡凝結(jié)成液體時(shí)，這部分液體產(chǎn)生的能量，形成無數(shù)細(xì)小的高頻撞擊柱沖擊金屬的表面，這就會(huì)導(dǎo)致金屬表面的晶粒松動(dòng)并且剝落，讓金屬表面呈現(xiàn)出海綿狀，甚至出現(xiàn)大量的空洞。

3 汽蝕參數(shù)

3.1 汽蝕余量

離心泵入口處的單位質(zhì)量的液體會(huì)超出液體汽化的壓力，這樣就會(huì)產(chǎn)生出來一部分富余的能量，這種能量統(tǒng)稱為離心泵汽蝕效應(yīng)的汽蝕余量。汽蝕余量的數(shù)值等于以基準(zhǔn)面算起的離心泵口總吸入壓力減去泵內(nèi)流體的液體汽化壓力，這種壓力屬于絕對(duì)壓力，用米液注來測(cè)量。

3.2 有效汽蝕余量

有效的汽蝕余量是指由離心泵內(nèi)裝置系統(tǒng)來確定的汽蝕余量，這種余量的大小是由吸入的管路系統(tǒng)參數(shù)和管路中液體流動(dòng)的流量通過計(jì)算來確定的，和離心泵的內(nèi)部構(gòu)造有關(guān)聯(lián)。

3.3 必需汽蝕余量

必需汽蝕余量是離心泵制造廠商通過出場(chǎng)前的性能測(cè)試來確定的汽蝕余量。

3.4 汽蝕參數(shù)控制

離心泵在工作時(shí)產(chǎn)生汽蝕是比較常見的事情，汽蝕效應(yīng)會(huì)對(duì)泵體和內(nèi)部構(gòu)造產(chǎn)生嚴(yán)重的損害，因此要通過汽蝕余量參數(shù)的相關(guān)計(jì)算來合理的規(guī)避汽蝕所造成的危害，并且可以采取一定的手段防止汽蝕的產(chǎn)生。

4 汽蝕現(xiàn)象的控制措施和預(yù)防措施

4.1 確定合理的吸入高度

要在離心泵的出廠設(shè)計(jì)上來增加吸取液體面的位置或者降低離心泵的安裝位置，這樣就能夠提升汽蝕余量的絕對(duì)值。對(duì)液體的吸取裝置，可以采用真空罐來引水，這種引水方式的吸程較短，可以有效地防止汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。

這種方法的缺陷是會(huì)增加設(shè)備的投資費(fèi)用，但是也具有一定的優(yōu)勢(shì)，可以使得離心泵的操作變得簡(jiǎn)單適用。在倒灌裝置中，離心泵的安裝高度在一定的條件下會(huì)增加吸入設(shè)備的高度，從而使得汽蝕余量得到有效增加。

4.2 減小離心泵的入口水力流失

要盡量地減少水吸入管道中的水力流失，從而減低液體的飽和蒸汽壓，這就要求在設(shè)計(jì)吸入管道的時(shí)候要盡可能的增大離心泵吸水入口的直徑，從而減少管內(nèi)的液體流動(dòng)。在確保液體流動(dòng)減緩后，再縮短管道的長度，從而降低因吸入管道過長而導(dǎo)致的水力損失，從而有效的提高離心泵的汽蝕余量。

4.3 進(jìn)行合理的管道布置

為了防止汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，要使得吸入管道在設(shè)計(jì)時(shí)避免出現(xiàn)一些形狀，例如“凸”字型和“幾”字型，并且要使得管道的管路具有一定的坡度。

對(duì)于吸上裝置，要在離心泵口的地方偏心管采用頂平連接，并且使得管路的坡向容器能夠和管路口距離盡可能減少。對(duì)于倒灌裝置，在離心泵口處采用底平連接，然后使得管路坡向泵。

4.4 增加離心泵的吸入壓力

通過增加前置離心泵的入口壓力能夠極大的提升有效汽蝕余量。在離心泵運(yùn)行中能夠保障前置泵的良好運(yùn)行狀態(tài)，并且保證離心泵入口的壓力足夠大，這些都能夠極大的提升離心泵的有效汽蝕余量。

4.5 提高離心泵本身的抗汽蝕性能

要改進(jìn)離心泵的吸入口到葉輪附近的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加液體的流動(dòng)面積。然后增大葉輪蓋板進(jìn)口部分的曲率半徑，使得液體流動(dòng)的加速和降壓能夠得到有效的控制。[2]然后提高葉輪和葉片進(jìn)口部分的表面光潔度，從而減少因阻力過大而帶來的流體能量損失。

應(yīng)用前置誘導(dǎo)輪，使得液體流動(dòng)在前置的誘導(dǎo)輪中能夠比往常的做功流程提前，從而使得液體的有效壓力增加。采用雙吸葉輪，讓液體從兩側(cè)流入雙吸葉輪，這樣就可以讓液體進(jìn)口擴(kuò)大一倍，使得流速降低。

5 結(jié)語

由于效率指標(biāo)相對(duì)來說較為重要，因此在離心泵的整體運(yùn)轉(zhuǎn)中，在滿足裝置汽蝕余量的前提下，為了效率指標(biāo)而犧牲汽蝕余量的指標(biāo)，因此需要對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行深入的分析和探討，并對(duì)預(yù)防汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生提供有利的措施。