離心泵發(fā)生汽蝕的現(xiàn)象及防止措施

李世偉

（山西農(nóng)業(yè)機(jī)械化試驗(yàn)鑒定站，山西 太原 030027）

1 離心泵發(fā)生汽蝕的現(xiàn)象

1.1 汽蝕的概念

液體在一定溫度下，降低壓力至該溫度的汽化壓力時(shí)，液體便產(chǎn)生氣泡。這種產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象稱為汽蝕。

1.2 離心泵汽蝕的過(guò)程

離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，若其過(guò)流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后的某處），因?yàn)槟撤N原因，抽送液體的絕對(duì)壓力下降到當(dāng)時(shí)溫度下的汽化壓力時(shí)，液體便在該處開(kāi)始?xì)饣a(chǎn)生蒸氣、形成氣泡。這些氣泡隨液體向前流動(dòng)，至某高壓處時(shí)，氣泡周圍的高壓液體，致使氣泡急劇地縮小以致破裂。在氣泡破裂的同時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)將以高速填充空穴，發(fā)生互相撞擊而形成水擊。這種現(xiàn)象發(fā)生在固體壁上將使過(guò)流部件受到腐蝕破壞。這種過(guò)程就是離心泵的汽蝕過(guò)程。

1.3 離心泵發(fā)生汽蝕的現(xiàn)象

1.3.1 產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)

由于泵汽蝕時(shí)，氣泡在高壓區(qū)連續(xù)發(fā)生突然破裂，以及伴隨的強(qiáng)烈水擊，而產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，可以聽(tīng)到像爆豆似的劈劈啪啪的響聲。

1.3.2 過(guò)流部件的腐蝕破壞

泵長(zhǎng)時(shí)間在汽蝕條件下工作時(shí)，泵過(guò)流部件的某些地方會(huì)遭到腐蝕破壞。這是因?yàn)闅馀菰谄屏褧r(shí)金屬表面受到向利刃似的高頻（600 Hz～2 500 Hz）強(qiáng)烈沖擊，壓力達(dá)49 MPa，致使金屬表面出現(xiàn)麻點(diǎn)以至穿孔。嚴(yán)重時(shí)金屬晶粒松動(dòng)并剝落而呈現(xiàn)出蜂巢狀。汽蝕腐蝕破壞的部位，正是氣泡消失之處。所以常常在葉輪出口和壓水室進(jìn)口部位發(fā)現(xiàn)破壞痕跡。

1.3.3 性能下降

泵汽蝕時(shí)葉輪內(nèi)液體的能量交換受到干擾和破壞，在外特性上的表現(xiàn)是流量-揚(yáng)程曲線、流量-軸功率曲線、流量-效率曲線下降。嚴(yán)重時(shí)會(huì)使泵中的流量中斷，不能工作。應(yīng)當(dāng)指出，泵發(fā)生汽蝕的初生階段，特性曲線并無(wú)明顯變化，有時(shí)因產(chǎn)生的氣泡覆蓋過(guò)流部分表面，形成光滑層而使效率稍有提高。泵的特性曲線出現(xiàn)明顯變化時(shí)，汽蝕以發(fā)展到一定程度。不同比轉(zhuǎn)速的泵，由汽蝕引起性能下降的形式不同。低比轉(zhuǎn)速的泵，由于葉片間流道窄而長(zhǎng)，固一旦發(fā)生汽蝕，氣泡易于充滿整個(gè)流道，因而性能曲線呈突然下降形式。隨著比轉(zhuǎn)速增大，葉道向?qū)挾痰内厔?shì)變化，因而氣泡從發(fā)生發(fā)展到充滿整個(gè)流道需要一個(gè)過(guò)程，相應(yīng)的泵的性能曲線開(kāi)始緩慢下降，之后增加到某一流量時(shí)才表現(xiàn)為急劇下降。

2 離心泵發(fā)生汽蝕的防止措施

2.1 名詞解釋

NPSHa——裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量。是由吸入裝置提供的，NPSHa越大越不容易發(fā)生汽蝕

NPSHr——泵汽蝕余量又叫必需汽蝕余量，是規(guī)定泵要達(dá)到的汽蝕性能參數(shù)，NPSHr越小，泵的抗汽蝕性能越好

NPSHt-——試驗(yàn)汽蝕余量，是汽蝕試驗(yàn)時(shí)算出的值，試驗(yàn)汽蝕余量有任意多個(gè)，但對(duì)應(yīng)泵性能下降一定值的試驗(yàn)汽蝕余量只有一個(gè)，稱為臨界汽蝕余量，用NPSHc表示

[NPSH]——許用汽蝕余量，這是確定泵使用條件（如安裝高度）用的汽蝕余量，它應(yīng)大于臨界汽蝕余量，以保證泵運(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽蝕

這些汽蝕余量有如下關(guān)系：

NPSHc≤NPSHr≤[NPSH]≤NPSHa

2.2 引用公式

式中：v0：葉片進(jìn)口稍前的絕對(duì)速度；

ω0：葉片進(jìn)口稍前的相對(duì)速度；

λ：葉片進(jìn)口壓降系數(shù)；

式中:Pc：吸入液面的絕對(duì)壓力；

hg：幾何吸上（倒灌）高度；

hc：吸入損失；

Pv抽送液體溫度下的汽化壓力；

2.3 提高泵本身的抗汽蝕性能

2.3.1 葉輪進(jìn)口直徑

適當(dāng)增加葉輪進(jìn)口直徑，可以減小v0，從而減小NPSHr，改進(jìn)泵的抗汽蝕性能。

增加葉片進(jìn)口寬度，能增加進(jìn)口過(guò)流面積，減小v0和ω0，從而減小NPSHr，這是提高抗汽蝕性能的一種有效方法。

2.3.3 葉輪蓋板進(jìn)口部分曲率半徑

由于葉輪進(jìn)口嘀咕分的液流在轉(zhuǎn)彎處受到離心力作用的影響，靠前蓋板處壓力低，流速度大，造成葉輪進(jìn)口速度分布不均勻/適當(dāng)增加蓋板的曲率半徑，有利于減小前蓋板處的v0和改善速度分布的均勻性，減小泵進(jìn)口部分的壓力降，從而NPSHr減小，提高泵的抗汽蝕性能。

2.3.4 葉片進(jìn)口邊的位置和葉片進(jìn)口部分的形狀

葉片進(jìn)口邊適當(dāng)向吸入口方向延伸，可使液體提早接受葉片的作用，且能增加葉片表面積，減小葉片工作面和背面的壓差。另外，葉片前伸，使進(jìn)口邊的所在半徑減小，從而使v0和ω0減小。但是，葉片前伸后要求葉片做得很薄，否則排擠嚴(yán)重。

2.3.5 葉片進(jìn)口沖角

葉片進(jìn)口角，通常都大于進(jìn)口相對(duì)液流角。增大了葉進(jìn)口角，從而可以減小葉片的彎曲，增大葉片進(jìn)口過(guò)流面積，減小葉片的排擠。這些因素都將減小v0和ω0，提高泵的抗汽蝕性能。

2）樹(shù)體萌芽期及時(shí)使用殺菌劑（推薦使用菌毒清、噻霉酮等，不能使用腐蝕性強(qiáng)的殺菌劑，以免影響愈傷組織形成）涂抹保護(hù)受凍部位，防止其他病害侵染。

采用正沖角，在設(shè)計(jì)流量下，液體在葉片進(jìn)口背面產(chǎn)生脫流，因?yàn)楸趁媸侨~片間流道的低壓側(cè)，該脫流引起的旋渦不易向高壓側(cè)擴(kuò)散，因而旋渦被控制在局部，對(duì)汽蝕的影響較小。反之，負(fù)沖角時(shí)液體在葉片工作面產(chǎn)生漩渦，該漩渦易于向低壓側(cè)擴(kuò)散，對(duì)汽蝕的影響較大。

2.3.6 葉片進(jìn)口厚度

葉片進(jìn)口厚度越薄，越接近流線型，葉片最大厚度離進(jìn)口越遠(yuǎn)，葉片進(jìn)口的壓降越小，泵的抗汽蝕性能越好。葉片進(jìn)口的形狀對(duì)壓降影響是十分敏感的。

2.3.7 平衡孔

葉輪上的平衡孔，其中的泄流對(duì)進(jìn)入葉輪的主流起破壞作用，平衡孔面積應(yīng)不小于密封環(huán)間隙面積的5倍，以減小泄露流速，從而減小對(duì)主流的影響，提高泵的抗汽蝕性能。

2.3.8 光潔度

葉輪進(jìn)口部分越光滑，水力損失減小，會(huì)明顯提高泵的抗汽蝕性能。

2.4 防止發(fā)生裝置汽蝕的措施

（1）減小幾何吸上高度（或增加幾何倒灌高度）可以使NPSHa減小，從而提高裝置的抗汽蝕性能。

（2）為此可以設(shè)法增加管徑，盡管減小管路長(zhǎng)度，彎頭和附件等；可以使NPSHa減小，從而提高裝置的抗汽蝕性能。

（3）泵在大流量下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)NPSH增加，NPSH減小。所以，在確定安裝高度時(shí)，應(yīng)使[NPSH]比NPSHc（NPSHr）大得多一些，否則應(yīng)防止長(zhǎng)時(shí)間在大流量下運(yùn)行，有時(shí)因選泵不當(dāng)，使泵處于大流量下運(yùn)行，容易產(chǎn)生汽蝕，這一點(diǎn)在選泵時(shí)應(yīng)加以注意。

（4）在同樣轉(zhuǎn)速和流量下，采用雙吸泵，因減小進(jìn)口流速，泵不易發(fā)生汽蝕。

（5）泵發(fā)生汽蝕時(shí)，應(yīng)把流量調(diào)小或降速運(yùn)行。

（6）泵吸水池的情況對(duì)泵汽蝕有重要影響。

（7）對(duì)于在苛刻條件下運(yùn)行的泵，為避免汽蝕破壞，可使用耐汽蝕的材料。