论文部分内容阅读
摘要：汽蚀是一中十分有害的现象，特别是对离心泵，发生汽蚀时，产生噪音和振动，并伴有流量、扬程和效率的降低，有时甚至不能运转。本文讨论了离心泵叶轮入口处发生的汽蚀问题并提出了防止离心泵发生汽蚀的措施。
关键词：离心泵气蚀 汽蚀余量 汽蚀危害 防止措施
中图分类号：TH311
一、汽蚀概念
离心泵的汽蚀是由水的汽化引起的，在一定温度和条件下，水和汽可以相互转化，气泡在叶轮金属表面附近溃灭，则液体质点的冲击就连续地打击在叶轮金属表面上。这种水力冲击，速度很快，频率高达每秒数千、甚至几万次，金属表面很快会因疲劳而剥蚀。若所产生的气泡内还夹杂着某种活拨性气体（如氧气等），他们借助气泡凝结是放出的热量，使局部温升可达200-300℃，对金属会起电化学腐蚀，加快了金属的破坏速度。这种空化、空蚀现象统称为“汽蚀”。为了便于理解汽蚀产生的原因，我们这里引进装置汽蚀余量NPSH（Net Positive Suction Head）的概念。
二、汽蚀余量
由离心泵的汽蚀过程可知，发生汽蚀的基本条件是：叶片入口处的最低液流压力Pk≤该温度下液体的汽化压力Pv。Pk与哪些因素有关是研究问题的关键。研究表明，叶轮内最低压力点是在叶片入口稍后的某一点k处，因此，要避免发生汽蚀，应满足Pk>Pv，即在泵入口处液体具有的能头出了要高出气体的液化压力外，还应当有一定的富余能头，这个富余能头便称为汽蚀余量，用符号Δh表示，国外一般叫做净正吸上水头，汽蚀余量又分为有效汽蚀余量和必需汽蚀余量（。
2.1 有效汽蚀余量
有效汽蚀余量是指液流自吸入罐经吸入管路到达泵吸入口后，所具有的推动和加速液体进入页道后所高出汽化压力以上的有效压力或能头，有效汽蚀余量 就是吸入罐液面上的压力能头 在克服吸入管路中的流动损失 并吧液体提升到 的高度后，所剩余的超过汽化压力的能头。所以有效汽蚀余量的大小只与泵装置的操作条件有关，而与泵本省的结构尺寸无关。故泵的有效汽蚀余量也称为“泵装置的有效汽蚀余量”。
2.2 泵必须汽蚀余量
泵必须汽蚀余量反映液流从泵入口到叶轮内最低压力点K处的全部能头损失，用 表示。用伯努利方程来表示液体从泵入口流到K点是的能量平衡关系，说明 就是液流进入泵后，在未从叶轮获得能头前，因流速变化和流动损失引起的压力能头降低的数值。影响 大小的主要因素是泵的结构，如吸入室与叶轮进口的几何形状以及泵的转速和流量等，而与泵吸入管路系统无关。分析可知， 值越小，泵越不易发生汽蚀，则要求泵入口处的富余能头 也可小些。因为泵入口处的富余能头若能克服这个能头损失 后还有剩余，即 > ，则表示液体流到叶轮最低压力K点时，其压力还高于液体的饱和蒸气压而不发生汽化，所以就不会发生汽蚀，反之， < 时，液体就汽化，泵就发生汽蚀了。可得出： > 时，泵不发生汽蚀 = 时，泵开始发生汽蚀 < 时，泵严重汽蚀
三、汽蚀对泵工作的影响
当汽蚀现象发生后，将对泵工作带来如下影响：（1）材料破坏 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。 被汽蚀的金属表面呈现海绵状、沟槽状、鱼鳞状等。严重时，整个叶片和前后盖板都有这种现象，甚至将叶轮叶片和盖板蚀穿。（2）噪声和振动 汽蚀发生时，不仅使材料受到破坏，而且还会出现噪声和振动，汽蚀严重时，可以听到泵内有“噼噼”“啪啪”的爆炸声。但是，由于其他来源的噪声已相当高，—般情况下，往往感觉不到汽蚀所产生的噪声。汽蚀过程本身是一种反复凝结、冲击的过程，伴随很大的脉动力。如果这些脉动力的某一频率与设备的自然频率相等，就会引起强烈的振动。 （3）性能下降 离心泵开始发生汽蚀时，其实区域较小，对泵的正常工作没有明显的影响，在泵性能曲线上也没有明显的反映，但当汽蚀发展严重时，大量汽泡的存在会堵塞流道的截面，减少流体从叶轮获得的能量，导致扬程下降，效率明显降低，在泵的性能曲线上出现“断裂工况”。汽蚀问题是影响其向高速化发展的一个突出障碍。
四、防止离心泵发生汽蚀的措施
1、在制造过程中提高泵抗汽蚀性能
（1）适当增大叶轮进口直径D0。（2）合理确定叶片进口边和前盖板形状：叶片进口边向叶轮进口外延和减少前盖板与叶轮轴线夹角，即减少液流从轴向到径向过渡程度，缩短了从泵进口到叶轮进口间距离，减少了液流从轴向到径向的转弯损失，减少了压降系数，从而提高泵的抗汽蚀性能。但叶片向叶轮进口外延可能会增加制造难度，而减少前盖板与叶轮轴线夹角也会增大叶轮轴向尺寸。（3）合理增大叶片进口冲角。（4）采用双吸式叶轮：在流量一定情况下，采用双吸式叶轮，则流过单侧叶轮的流量可减少一半。（5）增加诱导轮：诱导轮是指在离心泵叶轮前增加一个叶片负荷很低的轴流式叶轮，它不同于一般的轴流泵，诱导轮的轮毂比很小，叶片数少，叶片安放角也很小等。诱导轮产生的扬程可为后继的离心叶轮起增压作用，再加上诱导轮距泵进口很近，能较明显地减少从泵进口到叶片进口间的能量损失，且诱导轮叶片间流道较长、外缘处相对速度大，即使在外缘处产生气泡，但在离心力的作用下，压力较高，会遏制汽蚀的形成及发展。（6）采用耐汽蚀的新材料：采用耐汽蚀材料制造泵的零部件是抗汽蚀的重要措施之一。虽然这不能直接提高抗汽蚀性能，采用韧性好、金属组织致密的耐汽蚀材料可延长泵的使用寿命，用这些材料做成的叶轮流道可进行打磨并使流道光滑，减少液流旋涡和气泡诱发及生成。
2、在使用过程中提高泵抗汽蚀性能
（1）尽可能降低泵的安装高度，以增加有效吸入水头。低扬程的大型泵多做成立式，使用时叶轮浸没在流体中，或使泵的吸入管为正压灌注式，这也是防止泵汽蚀的一个方法。（2）适当降低泵的转速。（3）适当增大泵吸液管直径，使管路尽量短而直，吸液管上可不设阀门，如必须设阀门则优先选用阻力较小的闸阀以减少吸液管路阻力损失。（4）减少通过叶轮的流量，在允许情况下选用双吸泵代替单吸泵，如不能代替，可采用多台泵并联使用，并联时尽量选用同型号的泵，并且并联台数不要超过三台。（5）降低被输送流体的汽化压力，或降低其温度。（6）在特殊情况下可在泵的吸入管压力较低处与泵压出管压力较高处之间用一较细管连通，或在吸入管段补入少量空气以减少气泡区域的真空度，但以上只是权宜之计，必须严格控制补液量和补气量。（7）即时维修泵汽蚀等原因造成的受损部件，并采用耐汽蚀材料喷涂处理。
工程实例一：孤东氧化塘安装4台清水泵，由于吸入管路长，并且4台泵进口并联在一起，使泵进口管路弯而长，使用过程中，经常出现泵不能正常启动，启动后很快就会发生气蚀现象，严重时甚至造成泵空转。采用上述（1）（3）中的措施，缩短清水泵进口管线长度，将4台泵进口分开，使吸入管变得短而直，使液柱高度形成的压强时刻大于泵的汽蚀余量并有一定富余高度，从而有效防止汽蚀现象发生。工程实例二：孤东2#联有三台原油脱水泵，进口安装卧式过滤器，过滤网为多层铁丝网，表面积大，减小了脱水泵吸入管有效吸入管径，造成脱水泵吸入能力下降，经常发生气蚀，平均每周需要将泵停运放空一次，大大降低了泵的工作效率，增加职工工作量，将过滤器改为立式过滤器，并针对东二联原油特别设计了蜂窝状过滤器，该过滤器面积为立式网状过滤器面积的一半，改造后，脱水泵进口管线有效吸入直径增大，有效降低了脱水泵发生气蚀的几率。
五、结论
通过以上理论分析了泵汽蚀的产生原因，结合设计和生产实践过程中的经验得出了提高泵的抗汽蚀性能的方法，从而使泵達到正常安全运行，提高了泵的效率，也起到了良好的节能效果。
【参考文献】
【1】高传昌 张长富 等.离心泵汽蚀特性与调节工况的理论研究[J].流体机械，2001。
【2】王福军，魏永霞，裴毅，杨建国.水泵及水泵站[M].北京：中国农业出版社，2005。
关键词：离心泵气蚀 汽蚀余量 汽蚀危害 防止措施
中图分类号：TH311
一、汽蚀概念
离心泵的汽蚀是由水的汽化引起的，在一定温度和条件下，水和汽可以相互转化，气泡在叶轮金属表面附近溃灭，则液体质点的冲击就连续地打击在叶轮金属表面上。这种水力冲击，速度很快，频率高达每秒数千、甚至几万次，金属表面很快会因疲劳而剥蚀。若所产生的气泡内还夹杂着某种活拨性气体（如氧气等），他们借助气泡凝结是放出的热量，使局部温升可达200-300℃，对金属会起电化学腐蚀，加快了金属的破坏速度。这种空化、空蚀现象统称为“汽蚀”。为了便于理解汽蚀产生的原因，我们这里引进装置汽蚀余量NPSH（Net Positive Suction Head）的概念。
二、汽蚀余量
由离心泵的汽蚀过程可知，发生汽蚀的基本条件是：叶片入口处的最低液流压力Pk≤该温度下液体的汽化压力Pv。Pk与哪些因素有关是研究问题的关键。研究表明，叶轮内最低压力点是在叶片入口稍后的某一点k处，因此，要避免发生汽蚀，应满足Pk>Pv，即在泵入口处液体具有的能头出了要高出气体的液化压力外，还应当有一定的富余能头，这个富余能头便称为汽蚀余量，用符号Δh表示，国外一般叫做净正吸上水头，汽蚀余量又分为有效汽蚀余量和必需汽蚀余量（。
2.1 有效汽蚀余量
有效汽蚀余量是指液流自吸入罐经吸入管路到达泵吸入口后，所具有的推动和加速液体进入页道后所高出汽化压力以上的有效压力或能头，有效汽蚀余量 就是吸入罐液面上的压力能头 在克服吸入管路中的流动损失 并吧液体提升到 的高度后，所剩余的超过汽化压力的能头。所以有效汽蚀余量的大小只与泵装置的操作条件有关，而与泵本省的结构尺寸无关。故泵的有效汽蚀余量也称为“泵装置的有效汽蚀余量”。
2.2 泵必须汽蚀余量
泵必须汽蚀余量反映液流从泵入口到叶轮内最低压力点K处的全部能头损失，用 表示。用伯努利方程来表示液体从泵入口流到K点是的能量平衡关系，说明 就是液流进入泵后，在未从叶轮获得能头前，因流速变化和流动损失引起的压力能头降低的数值。影响 大小的主要因素是泵的结构，如吸入室与叶轮进口的几何形状以及泵的转速和流量等，而与泵吸入管路系统无关。分析可知， 值越小，泵越不易发生汽蚀，则要求泵入口处的富余能头 也可小些。因为泵入口处的富余能头若能克服这个能头损失 后还有剩余，即 > ，则表示液体流到叶轮最低压力K点时，其压力还高于液体的饱和蒸气压而不发生汽化，所以就不会发生汽蚀，反之， < 时，液体就汽化，泵就发生汽蚀了。可得出： > 时，泵不发生汽蚀 = 时，泵开始发生汽蚀 < 时，泵严重汽蚀
三、汽蚀对泵工作的影响
当汽蚀现象发生后，将对泵工作带来如下影响：（1）材料破坏 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。 被汽蚀的金属表面呈现海绵状、沟槽状、鱼鳞状等。严重时，整个叶片和前后盖板都有这种现象，甚至将叶轮叶片和盖板蚀穿。（2）噪声和振动 汽蚀发生时，不仅使材料受到破坏，而且还会出现噪声和振动，汽蚀严重时，可以听到泵内有“噼噼”“啪啪”的爆炸声。但是，由于其他来源的噪声已相当高，—般情况下，往往感觉不到汽蚀所产生的噪声。汽蚀过程本身是一种反复凝结、冲击的过程，伴随很大的脉动力。如果这些脉动力的某一频率与设备的自然频率相等，就会引起强烈的振动。 （3）性能下降 离心泵开始发生汽蚀时，其实区域较小，对泵的正常工作没有明显的影响，在泵性能曲线上也没有明显的反映，但当汽蚀发展严重时，大量汽泡的存在会堵塞流道的截面，减少流体从叶轮获得的能量，导致扬程下降，效率明显降低，在泵的性能曲线上出现“断裂工况”。汽蚀问题是影响其向高速化发展的一个突出障碍。
四、防止离心泵发生汽蚀的措施
1、在制造过程中提高泵抗汽蚀性能
（1）适当增大叶轮进口直径D0。（2）合理确定叶片进口边和前盖板形状：叶片进口边向叶轮进口外延和减少前盖板与叶轮轴线夹角，即减少液流从轴向到径向过渡程度，缩短了从泵进口到叶轮进口间距离，减少了液流从轴向到径向的转弯损失，减少了压降系数，从而提高泵的抗汽蚀性能。但叶片向叶轮进口外延可能会增加制造难度，而减少前盖板与叶轮轴线夹角也会增大叶轮轴向尺寸。（3）合理增大叶片进口冲角。（4）采用双吸式叶轮：在流量一定情况下，采用双吸式叶轮，则流过单侧叶轮的流量可减少一半。（5）增加诱导轮：诱导轮是指在离心泵叶轮前增加一个叶片负荷很低的轴流式叶轮，它不同于一般的轴流泵，诱导轮的轮毂比很小，叶片数少，叶片安放角也很小等。诱导轮产生的扬程可为后继的离心叶轮起增压作用，再加上诱导轮距泵进口很近，能较明显地减少从泵进口到叶片进口间的能量损失，且诱导轮叶片间流道较长、外缘处相对速度大，即使在外缘处产生气泡，但在离心力的作用下，压力较高，会遏制汽蚀的形成及发展。（6）采用耐汽蚀的新材料：采用耐汽蚀材料制造泵的零部件是抗汽蚀的重要措施之一。虽然这不能直接提高抗汽蚀性能，采用韧性好、金属组织致密的耐汽蚀材料可延长泵的使用寿命，用这些材料做成的叶轮流道可进行打磨并使流道光滑，减少液流旋涡和气泡诱发及生成。
2、在使用过程中提高泵抗汽蚀性能
（1）尽可能降低泵的安装高度，以增加有效吸入水头。低扬程的大型泵多做成立式，使用时叶轮浸没在流体中，或使泵的吸入管为正压灌注式，这也是防止泵汽蚀的一个方法。（2）适当降低泵的转速。（3）适当增大泵吸液管直径，使管路尽量短而直，吸液管上可不设阀门，如必须设阀门则优先选用阻力较小的闸阀以减少吸液管路阻力损失。（4）减少通过叶轮的流量，在允许情况下选用双吸泵代替单吸泵，如不能代替，可采用多台泵并联使用，并联时尽量选用同型号的泵，并且并联台数不要超过三台。（5）降低被输送流体的汽化压力，或降低其温度。（6）在特殊情况下可在泵的吸入管压力较低处与泵压出管压力较高处之间用一较细管连通，或在吸入管段补入少量空气以减少气泡区域的真空度，但以上只是权宜之计，必须严格控制补液量和补气量。（7）即时维修泵汽蚀等原因造成的受损部件，并采用耐汽蚀材料喷涂处理。
工程实例一：孤东氧化塘安装4台清水泵，由于吸入管路长，并且4台泵进口并联在一起，使泵进口管路弯而长，使用过程中，经常出现泵不能正常启动，启动后很快就会发生气蚀现象，严重时甚至造成泵空转。采用上述（1）（3）中的措施，缩短清水泵进口管线长度，将4台泵进口分开，使吸入管变得短而直，使液柱高度形成的压强时刻大于泵的汽蚀余量并有一定富余高度，从而有效防止汽蚀现象发生。工程实例二：孤东2#联有三台原油脱水泵，进口安装卧式过滤器，过滤网为多层铁丝网，表面积大，减小了脱水泵吸入管有效吸入管径，造成脱水泵吸入能力下降，经常发生气蚀，平均每周需要将泵停运放空一次，大大降低了泵的工作效率，增加职工工作量，将过滤器改为立式过滤器，并针对东二联原油特别设计了蜂窝状过滤器，该过滤器面积为立式网状过滤器面积的一半，改造后，脱水泵进口管线有效吸入直径增大，有效降低了脱水泵发生气蚀的几率。
五、结论
通过以上理论分析了泵汽蚀的产生原因，结合设计和生产实践过程中的经验得出了提高泵的抗汽蚀性能的方法，从而使泵達到正常安全运行，提高了泵的效率，也起到了良好的节能效果。
【参考文献】
【1】高传昌 张长富 等.离心泵汽蚀特性与调节工况的理论研究[J].流体机械，2001。
【2】王福军，魏永霞，裴毅，杨建国.水泵及水泵站[M].北京：中国农业出版社，2005。