離心泵的氣蝕現(xiàn)象及改善措施

邢樹立

摘 要：氣蝕是影響設(shè)備正常運行的重要因素，所以分析氣蝕產(chǎn)生的原因具有重要作用和意義。文章主要就離心泵氣蝕的現(xiàn)象進行了深入的分析研究，提出了預(yù)防措施，解決了離心泵氣蝕的問題。希望可以為相關(guān)工作人員提供幫助，僅供參考。

關(guān)鍵詞：離心泵；氣蝕；分析；改進

氣蝕又稱空蝕，穴蝕，是因為流體在高速流動下和壓力變化條件下，與流體密切接觸的金屬表面上發(fā)生洞穴狀、麻點狀等腐蝕破壞的現(xiàn)象，經(jīng)常發(fā)生在葉片葉端的高速減壓地帶，在此形成腐蝕空穴（如圖1所示），水泵葉輪低壓區(qū)的壓力小于飽和蒸汽壓時，水就會大量汽化，同時原先溶解在水中的氣泡也會自動逸出，出現(xiàn)了冷沸現(xiàn)象，形成的氣泡中充滿蒸汽和逸出的氣體。在此形成空穴，空穴在高壓區(qū)域被壓破并產(chǎn)生了強烈的沖擊壓力，破壞了金屬表面上的防護膜，從而使腐蝕速度加快，進一步破壞了金屬材料。

1 氣蝕對設(shè)備產(chǎn)生的影響

（1）產(chǎn)生噪聲和振動。氣泡破滅時，液體質(zhì)點會相互撞擊，同時也會撞擊金屬表面，從而產(chǎn)生各種頻率的噪聲，若生成大量氣泡，則可能出現(xiàn)氣縛現(xiàn)象，迫使離心泵停止工作。（2）降低泵的性能。汽蝕產(chǎn)生了巨量的氣泡，堵塞了流道，阻礙了泵內(nèi)液體的流動連續(xù)性，使泵的流量、揚程和效率都明顯下降，造成時間和經(jīng)濟上的浪費。（3）氣蝕發(fā)生的主要原因是葉輪吸入口附近靜壓強低于某值所致。從而造成了該處靜壓強過低，其原因還有如泵的安裝高度超過允許范圍、泵送液體溫度過高等。氣蝕初期，表現(xiàn)為金屬表面出現(xiàn)麻點，繼而表面出現(xiàn)溝槽狀、海綿狀、魚鱗狀等痕跡；嚴(yán)重時可造成葉片穿孔、甚至葉輪破裂，釀成嚴(yán)重的事故。

2 造成氣蝕的主要原因

流體在高速流動和壓力變化條件下，與流體接觸的金屬表面上發(fā)生洞穴狀腐蝕破壞的現(xiàn)象。如果泵內(nèi)壓力降低到等于或低于液體在當(dāng)時溫度的汽化壓力，汽化就會發(fā)生，產(chǎn)生蒸汽，同時由于壓力降低，溶解在液體中的空氣也會析出，蒸汽和析出的空氣和液體一起形成氣泡，氣泡隨同水流從低壓區(qū)流向高壓區(qū)，氣泡在高壓作用下迅速液化、破裂，產(chǎn)生局部空穴，液體在壓力作用下迅速填充空穴，產(chǎn)生空穴效應(yīng)，對周圍產(chǎn)生沖擊力，而這種沖擊力瞬間可達(dá)到很高的壓力，頻率極高，會對相關(guān)部件產(chǎn)生機械剝蝕，而析出的空氣又能使相關(guān)部件產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，甚至部件被蝕穿，沖擊還會使部件出現(xiàn)疲勞損壞（如圖2所示）。

3 減輕氣蝕破壞的措施

3.1 進水池的觀察。在設(shè)備的使用現(xiàn)場中，破渦板是有效阻止漩渦形成的重要方法，首先要查看進水池的流動狀況。如果發(fā)現(xiàn)進水口有形成漩渦的可能，我們應(yīng)該考慮是否用破渦板來阻止漩渦的形成，以此來減輕氣蝕造成的破壞。

3.2 利用引射結(jié)構(gòu)。噴射裝置在原理上相當(dāng)于液噴射泵。在泵的出口處引出高壓水，然后引到高壓水室內(nèi)，最后高壓水通過環(huán)形噴嘴進入泵的吸入管內(nèi)。引射裝置的引回流量宜控制在2%-5%之間。經(jīng)過多次試驗，采用類似方法對100口徑的多級泵進行試驗后，取得了明顯效果。其方法是用1/2的管將平衡盤后的水引至泵進口處，泵系統(tǒng)的裝置汽蝕余量降低了0.5～0.8m。此種裝置相當(dāng)于射流泵與離心泵串聯(lián)在一起的工作方式，對大吸程的泵效果明顯，但一般不適合在役泵的改造。此外還可以通過增加貯槽氣相壓力、增加升壓泵、采用雙吸泵、降低輸送的介質(zhì)溫度等方法來達(dá)到目的。

3.3 調(diào)整泵的流量。通過泵的調(diào)節(jié)閥對水泵的流量進行調(diào)節(jié)，在水泵的設(shè)計選型與實際有一定的偏差時，水泵產(chǎn)生的汽蝕可以通過切削葉輪來加以解決，以達(dá)到消除汽蝕、運行可靠的目的，通過實驗證明，這種方法確實可以減少汽蝕對材料表面產(chǎn)生的破壞。

3.4 采用抗氣蝕材料。氣蝕現(xiàn)象的形成不是由腐蝕介質(zhì)為主要因素引起的均勻腐蝕或局部腐蝕，而是由于高速液體流動產(chǎn)生的空泡，在材料表面反復(fù)的爆裂對材料表面產(chǎn)生了高強度疲勞應(yīng)力造成的。由于使用條件的限制，不可能完全避免發(fā)生汽蝕的現(xiàn)象，所以我們應(yīng)該采用抗汽蝕材料來制造葉輪，來延長葉輪的平均使用壽命，一般來說，材料強度越高，韌性、硬度越大，零件表面越光滑，化學(xué)性能越穩(wěn)定，則材料的抗氣蝕性能也就越好。經(jīng)試驗驗證稀土合金鑄鐵、鋁鐵青銅9～4.2Cr13、高鎳鉻合金等材料，比一般鑄鐵的抗汽蝕能力大很多。不同的材質(zhì)對抗汽蝕能力有很大程度的區(qū)別，影響材料抗機械剝蝕能力的因素有很多，一般來說具有高硬度和高彈性的材料，抗機械剝蝕的能力越強，國際上推薦低碳鉻鎳合金鋼，如13Cr4N作為在汽蝕狀態(tài)下工作的水力機械材料。銅葉輪比鑄鐵葉輪抗汽蝕效果好。為防化學(xué)腐蝕給葉輪涂層的方法比較常用。某泵站葉輪將原鑄鋼改換為不銹鋼，運行多年未發(fā)現(xiàn)其破壞斑痕。

3.5 提高離心泵本身的抗汽蝕性能。（1）改進葉輪葉片入口至泵的吸入口附近的結(jié)構(gòu)議計，采用前置誘導(dǎo)輪。（2）設(shè)計工沉采用稍大的正沖角，采用抗汽蝕的材料，采用雙吸式葉輪。（3）提高進液裝置汽蝕余量的措施，減小泵前吸上裝置的安裝高度并將吸上裝置改為倒罐裝置。（4）增加離心泵前儲液罐中液面上的壓力并減小泵前管路上的流動損失。（5）運行時應(yīng)保證水泵在額定流量以下運行，避免液體脫離葉片壁。（6）應(yīng)盡量減小水泵吸水管內(nèi)的損失。如縮短管的長度，增大管的口徑等，或者適當(dāng)?shù)仃P(guān)小出口閥門。

4 結(jié)束語

對于減輕泵的氣蝕破壞現(xiàn)象有多種方法，有時需要幾種不同的方法同時實施。綜上所述，離心泵的安裝使用過程中，為了盡量避免氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)該遵循的原則：首先水泵安裝的高度不能高于泵的允許吸上高度；其次盡量少使用管件，吸入管路應(yīng)直而且短，吸入管的直徑應(yīng)大于吸入口的直徑；最后變徑處不能有氣體積存等，從而有效保護設(shè)備。

參考文獻

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