離心泵發(fā)生氣蝕的原因及對策

王振財

（開灤錢家營礦業(yè)分公司，河北 唐山 063301）

1 離心泵發(fā)生汽蝕的原因

當離心泵的吸入高度過大和液體溫度較高時，致使吸入口壓強小于或等于液體飽和蒸汽壓，則液體會在泵進口處沸騰汽化，在泵殼內(nèi)形成一個充滿蒸汽的空間，隨著泵旋轉(zhuǎn)，氣泡進入高壓區(qū)，由于壓差的作用，氣泡受壓破裂而重新凝結，在凝結的一瞬間，質(zhì)點互相撞擊，產(chǎn)生了很高的局部壓力，如果這些氣泡在金屬表面附近破裂而凝結，則液體質(zhì)點就象無數(shù)小彈頭一樣，連續(xù)擊打在金屬表面，在壓力很大、頻率很高的連續(xù)打擊下，使金屬表面產(chǎn)生裂紋，甚至局部產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，這就是機械剝蝕作用。在所產(chǎn)生的氣泡中還有化學腐蝕作用，在氣泡中的氧等活潑氣體在借助氣泡凝結時所放出的熱量，對金屬起化學腐蝕。金屬在氣泡的機械剝蝕和化學腐蝕的共同作用下，加快了損壞速度，發(fā)生汽蝕的部位很快就被破壞成蜂窩或海綿狀，使泵的性能下降，壽命縮短，直至無法工作。

2 針對汽蝕的破壞，從離心泵發(fā)生汽蝕原因中找出抗汽蝕性能的方法

2.1 離心泵的安裝高度Hg。

允許吸上真空高度是指泵入口出壓力p1可允許達到的最高真空度，其表達式為：

Hs＝（Pa-P1）/ρg

式中Hs-離心泵的允許吸上真空高度；pa-大氣壓強；ρ-被輸送液體的密度。

在下圖所示的截面0-0與泵進口附近截面1-1間列柏努利方程：

式中 Hg- 離心泵的允許安裝高度；∑Hf0-1-液體從截面0-0到1-1的壓頭損失。由于貯槽是敞口的，p0為大氣壓pa，上式可寫為

此式可用于計算泵的安裝高度。由上式可知，為了提高泵的允許安裝高度，應該盡量減小u12/2g和∑Hf0-1。為了減小u12/2g，在同一流量下應選用直徑稍大的吸入管路；為了減小∑Hf0-1，應盡量減少阻力元件如彎頭、截止閥等，吸入管路也盡可能地短。注意，工廠在泵出廠時給出的Hs是在介質(zhì)為清水，20℃，大氣壓為10mH2O時的值。若使用介質(zhì)條件變化，要對Hs作適當修正。

2.2 采用抗汽蝕材料

當由于使用條件所限，不可能完全避免發(fā)生汽蝕時，應采用抗汽蝕材料制造葉輪，以延長葉輪的使用壽命，一般來說，零件表面越光滑，材料強度和韌性越高，硬度和化學穩(wěn)定性越高，則材料的抗汽蝕性能也越好，實驗證明鋁鐵青銅9～4.2Cr13、稀土合金鑄鐵和高鎳鉻合金等材料，比普通鑄鐵的抗汽蝕能力大得多。不同的材料抗汽蝕能力有十分明顯的區(qū)別，影響材料抗機械剝蝕能力的因素很多，通常具有高硬度和高彈性的材料抗機械剝蝕的能力較強，國外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。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。銅葉輪比鑄鐵葉輪抗汽蝕效果好。為防化學腐蝕給葉輪涂層的方法比較常用。非金屬涂料采用環(huán)氧樹脂、尼龍粉、聚胺脂等，但應注意操作工藝，以防止涂層脫落。當今，在流道表面堆焊合金或噴涂合金的方法防止汽蝕破壞有效果，如不銹鋼焊條堆焊法、不銹鋼鑲焊修補法、合金粉末噴焊和高速火焰噴涂。

2.3 采用誘導輪

在離心泵的葉輪前加裝誘導輪能提高泵的抗汽蝕性能，解決汽蝕問題，效果很好，而且運行維修方便。當液體流過誘導輪時，誘導輪首先對液體做功。相當于進人后面葉輪的液體起到增壓作用，從而提高了壓力。雖然增加了電機的部分負荷，但由于電機的功率一般都比較大，所以電機仍能滿足要求，勿需更換電機。但在設計制造斷面形狀誘導輪時必須注意誘導輪的外徑、輪轂直徑、葉片數(shù)、葉片間距、葉片長度、厚度、外圓處的液流角、葉片沖角、以及葉片人口邊形狀。誘導輪成螺旋形，螺旋外徑處的螺旋角較小，內(nèi)徑處的螺旋角較大，以保證螺旋的導程相等。實踐表明，如果離心葉輪和誘導輪合裝后配合恰當，揚程有所提高，泵的汽蝕少，轉(zhuǎn)數(shù)提高，效率也略升。隨著人們對誘導輪的認識和設計制造水平的提高，以及使用經(jīng)驗的不斷積累，將誘導輪作為提高泵抗汽蝕性能的最有力措施而被廣泛應用。

2.4 改進葉輪入口的幾何形狀

當泵的轉(zhuǎn)速和流量確定后，泵的最小汽蝕余量僅與吸人室和葉輪人口幾何形狀有關，所以提高水泵抗汽蝕性能主要措施之一是改進葉輪入口的幾何形狀。采用雙吸葉輪，雙吸葉輪相當于兩個葉輪背靠背地并聯(lián)工作，采用雙吸葉輪的泵的最小汽蝕余量相當于單吸葉輪泵的最小汽蝕余量的0.63倍，這樣大大提高了葉輪抗汽蝕性能。采用較低的葉輪人口速度，適當增大葉輪入農(nóng)機使用口直徑，提高了泵的抗汽蝕性能，但必須注意不是葉輪入口速度越低，葉輪入口直徑越大越好。因為隨人口直徑增加后，密封環(huán)處間隙面積增大，泄漏量增加，使泵容積效率降低，另一方面，葉輪人口直徑增大后，相對地縮短了流道長度，影響水力效率。所以在確定人口直徑時，除了要考慮泵的抗汽蝕性能外，還要兼顧泵的效率。增大葉片人口邊寬度，可以使葉輪入口相對速度w減小，從而提高泵的抗汽蝕性能。通常是在增大葉片人口邊寬度與適當增大葉輪人口直徑聯(lián)合起來考慮，經(jīng)驗表明葉片人口過流面積和葉輪人口面積之比在1.1至2.5范圍較好。對分數(shù)式多級泵第一級葉輪，一般略為加大葉輪人口直徑以減低液體進人葉輪時的流速，提高泵的抗汽蝕性能，而其他各級葉輪由于已有一定的吸人壓力，故就盡量減小葉輪人口直徑，提高泵的效率。

2.5 修整葉片頭部

修整葉片頭部對降低葉片進ISl的水流速度，減小葉輪進口排擠，提高泵的抗汽蝕能力是有效的。試驗結果是將葉片頭部背面修薄，在靠近葉輪前蓋板處也修薄一些，不僅延長了葉輪使用壽命，還發(fā)現(xiàn)汽蝕余量下降0.5左右。人們在如何提高離心水泵抗汽蝕性能上，不斷探索總結經(jīng)驗，為了提高泵的制造質(zhì)量，泵的重要零件開始用數(shù)控機床加工，有些為了實現(xiàn)泵的技術創(chuàng)新與發(fā)展，采用了優(yōu)化設計方法和復合技術。隨著先進技術的研發(fā)，在提高離心泵抗汽蝕性能試驗研究上還會有重大突破。

[1]離心泵設計基礎，機械出版社出版.

[2]吳醒凡，現(xiàn)代泵技術手冊，北京宇航出版社，1995.

[3]泵的汽蝕，中國水網(wǎng)，2006.