淺談離心式水泵的汽蝕及實(shí)踐

龍志平

（青海銅業(yè)有限責(zé)任公司，青海 西寧 810000）

1 引言

離心水泵（圖1）是抽吸輸送液體的機(jī)械，它能將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液體的動(dòng)能及壓力能，液體獲得一定流速和壓力，從而把液體輸送到一定的高度。離心式水泵工作時(shí)，由于入口處的壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)，使泵入口處的水不斷地被導(dǎo)入泵內(nèi)。當(dāng)泵內(nèi)入口處最低點(diǎn)的壓強(qiáng)低于該溫度下水的汽化壓強(qiáng)時(shí)，有一部分水開始汽化，形成氣泡，同時(shí)由于壓強(qiáng)降低，原先溶解于水的某些氣體也從水中逸出形成氣泡，隨水流入離心泵的高壓區(qū)，受壓后體積縮小，氣泡迅速凝結(jié)而破裂形成“空洞”，此時(shí)“空洞”周圍的水以高速度流向“空洞”，造成高頻率的強(qiáng)大沖擊，不斷打擊泵內(nèi)部，特別是葉輪，造成葉輪表面形成蜂窩狀或海綿狀，此外，活潑氣體對(duì)金屬產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，致使金屬表面層脫落［1］。這種氣泡的形成、發(fā)展破裂以及導(dǎo)致離心水泵零部件受損的過(guò)程，稱為離心水泵的汽蝕現(xiàn)象。

圖1 離心水泵示意簡(jiǎn)圖

2 汽蝕產(chǎn)生的影響

汽蝕產(chǎn)生對(duì)離心水泵造成一定的影響，當(dāng)形成的氣泡不多，汽蝕不嚴(yán)重時(shí)，對(duì)泵的運(yùn)行和外部性能影響不大，這種未影響泵的外部性能時(shí)的汽蝕稱為“潛伏汽蝕”，泵長(zhǎng)期在“潛伏汽蝕”狀態(tài)下工作時(shí)，泵的材料仍要受到破壞［2］。如果產(chǎn)生大量氣泡，發(fā)生嚴(yán)重的汽蝕，則泵的性能受到嚴(yán)重影響，使水泵無(wú)法正常工作，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（1）材料受到破壞。發(fā)生嚴(yán)重汽蝕時(shí)，由于機(jī)械剝蝕和化學(xué)腐蝕的共同作用使水泵葉輪、口環(huán)、殼體等零部件被破壞，特別是葉輪會(huì)出現(xiàn)“啃噬”現(xiàn)象［3］（圖2）。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重的汽蝕現(xiàn)象時(shí)，不同水泵零部件材質(zhì)會(huì)受到不同程度的破壞，因此，對(duì)于比較容易發(fā)生汽蝕的工作場(chǎng)所，在選用泵的材料時(shí)要針對(duì)性地選用較好的抗汽蝕材料，如不銹鋼、鋁青銅等耐汽蝕材質(zhì)，可以延長(zhǎng)水泵的使用壽命［4］。

圖2 水泵葉輪汽蝕穿孔

（2）產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。發(fā)生汽蝕時(shí)，泵體及管路產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪音，由于汽蝕過(guò)程是一種反復(fù)沖擊、凝結(jié)的過(guò)程，伴隨著很大的脈動(dòng)力，導(dǎo)致水泵產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。

（3） 水泵的性能下降。汽蝕嚴(yán)重時(shí)，產(chǎn)生大量的氣泡會(huì)堵塞流道的面積，減少流體從葉片獲得的能量，導(dǎo)致水泵的揚(yáng)程下降，流量減小，效率也隨著降低。同時(shí)泵的外部性能也發(fā)生明顯的變化。

3 汽蝕產(chǎn)生的原因

導(dǎo)致水泵發(fā)生汽蝕的原因較多，歸納起來(lái)主要有以下幾種：

（1）水泵的安裝位置高出吸水面的的高差太大，即水泵的吸水高度過(guò)大。決定水泵吸入口的壓強(qiáng)是控制水泵運(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽蝕的關(guān)鍵，水泵吸入口壓強(qiáng)的大小與其吸水側(cè)管路系統(tǒng)以及吸水面壓強(qiáng)大小密切相關(guān)。對(duì)于一臺(tái)水泵來(lái)說(shuō)，盡管其它性能可以滿足使用要求，但如果幾何安裝高度不合適，由于汽蝕原因，會(huì)造成流量等參數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。有的水泵在吸入管道設(shè)計(jì)真空泵，在水泵啟動(dòng)前先抽真空建立負(fù)壓，便于水泵及時(shí)正常使用。

（2）泵的安裝地點(diǎn)大氣壓強(qiáng)較低，如安裝在海拔較高地區(qū)。泵安裝地點(diǎn)海拔越高，大氣壓強(qiáng)就越低，允許吸上真空高度就越小。

（3）泵所輸送的液體溫度偏高。輸送水的溫度越高，所對(duì)應(yīng)的汽化壓強(qiáng)就越高，水越容易汽化。例如鍋爐給水泵，給水溫度偏高時(shí)容易產(chǎn)生汽蝕。

（4）吸水管的水頭損失過(guò)大。有的水泵在入口安裝了入口濾網(wǎng)，在工廠實(shí)踐中，受工況影響，如果入口濾網(wǎng)長(zhǎng)期不清洗檢查，導(dǎo)致濾網(wǎng)堵塞，入口流量減小，同樣會(huì)造成水泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，水泵產(chǎn)生振動(dòng)及噪音［5］。

4 提高水泵抗汽蝕的措施

提高水泵抗汽蝕方法有多種，下面結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)介紹幾種常用的方法。

（1）改進(jìn)水泵本身結(jié)構(gòu)。在離心水泵入口前安裝誘導(dǎo)輪或超汽蝕輪和采用雙重葉片葉輪，從而提高葉輪的入口壓強(qiáng)，改變泵的吸水性能。增大葉輪入口直徑和寬度可以減少允許汽蝕余量，提高水泵抗汽蝕性能，因此多級(jí)泵在第一級(jí)葉輪入口直徑，一般設(shè)計(jì)比后幾級(jí)要大些，改變?nèi)~片入口沖擊角，改善葉輪入口形狀及采用雙吸式葉輪都可以提高水泵的抗汽蝕能力。

（2）葉輪采用抗汽蝕材料。采用抗汽蝕材料制造葉輪，如鋁青銅、不銹鋼、稀土合金鑄鐵等，一般來(lái)說(shuō)，零部件表面越光潔，材料強(qiáng)度和韌性就越大，則抗汽蝕性能就越好。

（3）合理確定吸水管路。通過(guò)之前的分析，水泵產(chǎn)生汽蝕的主要原因是入口處壓強(qiáng)過(guò)低，而造成水泵入口壓強(qiáng)過(guò)低的主要因素是水泵的吸水高度，因此水泵的吸水高度必須小于其允許值。常溫下，礦山水泵的吸水高度大多在5m左右，另外水泵吸水管的阻力損失也是很重要的一個(gè)因素，設(shè)計(jì)安裝時(shí)，應(yīng)當(dāng)正確選擇管徑大小、吸水管長(zhǎng)度、接管零部件、底閥以及合理的流速，在使用時(shí)加強(qiáng)對(duì)介質(zhì)及人口濾網(wǎng)的管控及維護(hù)［6］。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于設(shè)計(jì)工況等因素，水泵產(chǎn)生汽蝕的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，作為設(shè)備維護(hù)管理人員，應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，從工藝和設(shè)備維護(hù)、改進(jìn)等方面出發(fā)，想方設(shè)法尋求提高水泵抗汽蝕的措施，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命和保障生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定。