水泵產(chǎn)生氣蝕的原因與解決方法

袁正芳

資陽區(qū)民主垸中心水利管理站 湖南 益陽 413052

氣蝕現(xiàn)象是水泵正常運(yùn)作過程中需要認(rèn)真面對(duì)的重要問題，在我國快速發(fā)展的過程中，氣蝕現(xiàn)象在很早以前就有研究，但是在具體研究的過程中很難對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的檢查和記錄，這在很大的程度上提升了研究的難度，很多研究在時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)不斷提升的過程中突顯出了不足，所以在實(shí)際發(fā)展中需要將氣蝕的控制和消除措施緊密結(jié)合，在具體發(fā)展的過程中應(yīng)該充分利用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)和機(jī)械設(shè)備，應(yīng)用有效的方式延長水泵的實(shí)際使用壽命，保障水泵運(yùn)作的經(jīng)濟(jì)性原則和穩(wěn)定運(yùn)行的效果。

1 水泵的氣蝕現(xiàn)象概述

當(dāng)液體的溫度處在某個(gè)范圍的時(shí)候，液體的壓力將會(huì)受到深遠(yuǎn)的影響，當(dāng)溫度的壓力小于氣化壓力的時(shí)候就會(huì)生產(chǎn)液體氣泡，其中產(chǎn)生的旗袍通常被稱為氣蝕。當(dāng)氣泡運(yùn)動(dòng)到高壓處就很容易因?yàn)轶w積的減小而破滅，其中氣泡消失的現(xiàn)象通常被稱為其實(shí)潰滅現(xiàn)象。

水泵在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，葉輪內(nèi)部的壓力存在著很大的差異，進(jìn)口處壓力低、出口處壓力高是葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中常見的現(xiàn)象。液體的氣壓溫度通常遵循物理上的變化原則，它會(huì)伴隨著溫度的升高而降低，二者在實(shí)際作用中相互制約。當(dāng)壓力降低到氣化壓力之下的時(shí)候，液體氣化的現(xiàn)象就會(huì)因此發(fā)生，大量的整齊就會(huì)產(chǎn)生眾多氣泡，所以從氣泡產(chǎn)生到氣泡破滅對(duì)水泵部件造成影響的過程就是水泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的過程。

2 水泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象的原因分析

2.1 傳統(tǒng)的氣蝕現(xiàn)象解釋探究

在水泵日常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，水泵中最低壓力被降低到收送液體的飽和蒸汽壓力的時(shí)候，液體就會(huì)因?yàn)槿芙夂驼羝默F(xiàn)象導(dǎo)致大量的水還出現(xiàn)溢出的現(xiàn)象，蒸汽和氣體之間形成的小氣泡通常那個(gè)被稱為氣蝕現(xiàn)象。

水泵中的氣化現(xiàn)象通常會(huì)伴隨著壓力下降以及溫度升高的程度而發(fā)生變化，葉輪入口處的氣泡通常會(huì)向水流的方向而流動(dòng)，當(dāng)流動(dòng)到高壓的地區(qū)就會(huì)因?yàn)閴毫Σ畹膯栴}導(dǎo)致氣泡破裂和重新凝結(jié)，液體中的不同質(zhì)點(diǎn)會(huì)從四周不同方向向中心氣泡加速運(yùn)動(dòng)。在凝結(jié)的過程中會(huì)因?yàn)橘|(zhì)點(diǎn)的劇烈撞擊發(fā)生水錘的現(xiàn)象，瞬間就會(huì)產(chǎn)生幾十兆帕的壓力，產(chǎn)生的作用力會(huì)集中作用在小面積上，長時(shí)間的敲擊會(huì)導(dǎo)致金屬出現(xiàn)疲勞的現(xiàn)象，金屬表面會(huì)因此形成蜂窩狀，在應(yīng)力集中的情況下會(huì)導(dǎo)致葉片與水泵的表面呈現(xiàn)出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。然而在液體和蜂窩表面的間接接觸過程中，蜂窩的側(cè)壁和底部之間會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電位差，其中產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕就會(huì)加快金屬腐蝕的速度，葉輪的金屬和水泵外殼的金屬表面也會(huì)因此遭受嚴(yán)重的腐蝕破壞，嚴(yán)重情況下將會(huì)將葉輪葉片的整體擊穿，進(jìn)而會(huì)形成完成侵蝕的狀態(tài)。水泵葉輪進(jìn)口處產(chǎn)生的危害通常被稱為氣蝕。

氣蝕現(xiàn)象的物理特點(diǎn)主要表現(xiàn)在速度高和瞬時(shí)性，氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的全部過程都非常短暫，所以在日常觀察的過程中，盡管是借助于現(xiàn)代化速度最快的攝影機(jī)也很難有效地捕捉氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的細(xì)節(jié)，所以就目前對(duì)氣蝕現(xiàn)象的研究來看，大多數(shù)的氣蝕性質(zhì)推測(cè)都是建立在氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生的效應(yīng)進(jìn)行的，并不是直接觀察氣蝕現(xiàn)象的本身，所以很多的研究推斷在實(shí)際應(yīng)用中還存在著很多缺陷。

2.2 現(xiàn)代化發(fā)展對(duì)氣蝕現(xiàn)象的解釋探究

水泵在實(shí)際應(yīng)用的過程中都會(huì)因?yàn)楣苈凡贾梅绞胶洼斔徒橘|(zhì)的差異性導(dǎo)致在檢修過程中出現(xiàn)不同程度的氣蝕現(xiàn)象，這對(duì)水泵的正常運(yùn)作存在著很大的影響，然而這樣的現(xiàn)象和水泵的輸送介質(zhì)、水泵運(yùn)行工況存在著很大的聯(lián)系。

2.2.1 產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象的原因探究

在水泵實(shí)際應(yīng)用的過程中，水泵安裝中吸入口出的測(cè)壓孔處真空值超過規(guī)定的最大真空度就會(huì)出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，所以氣蝕現(xiàn)象的出現(xiàn)和真空度存在著很大的關(guān)系，在具體應(yīng)用的過程中需要嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行操作。水泵運(yùn)作過程中輸送介質(zhì)的差異性也會(huì)導(dǎo)致不同程度的氣蝕現(xiàn)象，例如在液體中摻雜泥沙就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的氣蝕現(xiàn)象，同時(shí)液體中含有大量氣泡也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的氣蝕現(xiàn)象。

就目前的水泵的設(shè)計(jì)和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，大多數(shù)的水泵設(shè)計(jì)者在實(shí)際應(yīng)用的過程中會(huì)追求較小的整體尺寸，所以水泵實(shí)際呈現(xiàn)出來的效果并不理想，入口尺寸小是水泵設(shè)計(jì)中常見的現(xiàn)象，但是水泵在實(shí)際應(yīng)用的過程中流體的速度相對(duì)較高，在這樣水泵的應(yīng)用過程中會(huì)導(dǎo)致吸入口處的流線設(shè)計(jì)過于陡峭和湍急，進(jìn)而導(dǎo)致雙吸離心泵在實(shí)際應(yīng)用的過程中對(duì)氣蝕余量要求較高，所以在這樣水泵的應(yīng)用過程中經(jīng)常出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。在水泵材料以及型號(hào)等選擇中，很多施工人員在具體應(yīng)用的過程中并不能綜合考慮實(shí)際情況，水泵揚(yáng)程過高以及大流量狀態(tài)運(yùn)行的情況都是水泵實(shí)際運(yùn)行過程中常見的現(xiàn)象，水泵的實(shí)際性能和工程概況不匹配的現(xiàn)象很容易導(dǎo)致水泵氣蝕現(xiàn)象。

2.2.2 氣蝕發(fā)生的部位以及主要現(xiàn)象探究

氣蝕現(xiàn)象主要發(fā)生在水泵內(nèi)部的低壓位置，但是低壓位置的壓力一定小于溶解液體過程中產(chǎn)生的溢出壓力，但是液體的壓力并不一定會(huì)到達(dá)和地域液體內(nèi)的汽化壓力。所以壓力是影響氣蝕現(xiàn)象的重要因素，一般情況下，氣蝕部位的壓力越低，氣蝕現(xiàn)象就會(huì)越嚴(yán)重，如果在實(shí)際應(yīng)用的過程中不能科學(xué)合理地進(jìn)行操作和預(yù)防還很容易擴(kuò)大氣蝕的發(fā)生腐蝕的區(qū)域，嚴(yán)重情況下還會(huì)擴(kuò)大到高壓位置。水泵的氣蝕現(xiàn)象在實(shí)際發(fā)生的過程中會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，這對(duì)于周圍環(huán)境會(huì)造成相應(yīng)的噪音污染，然而氣蝕的噪音主要是因?yàn)榈蛪何恢脷馀萆蛇^程，而并不是高壓位置氣泡的破滅階段。氣蝕現(xiàn)象對(duì)水泵的正常運(yùn)作具有深遠(yuǎn)的影響，根據(jù)氣蝕現(xiàn)象的破壞力程度可以將其以多因素腐蝕、點(diǎn)狀壓力敲擊以及流體沖刷等排序。水泵在實(shí)際運(yùn)作過程中產(chǎn)生氣蝕之后會(huì)對(duì)水泵中各種過流部件造成嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致水泵的實(shí)際性能下降，嚴(yán)重情況下還會(huì)造成水泵中液體中斷的現(xiàn)象，這樣的方式將嚴(yán)重影響供水效率，同時(shí)也會(huì)顯著地減少水泵揚(yáng)程以及流量。

3 氣蝕現(xiàn)象的影響和危害概述

氣蝕現(xiàn)象主要是和液體存在緊密關(guān)聯(lián)的有害現(xiàn)象，當(dāng)液體的壓強(qiáng)小于或等于汽化液體的壓強(qiáng)時(shí)，液體在汽化的過程中就會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，然而氣泡中主要是蒸汽。但是水在溶解過程中會(huì)摻雜大量氣體，所以這樣的氣泡在經(jīng)過高壓區(qū)域的時(shí)候，水蒸汽會(huì)重新凝結(jié)成水，這樣的變化會(huì)導(dǎo)致氣泡發(fā)生變形破裂的現(xiàn)象，氣泡在水泵壁面發(fā)生破裂現(xiàn)象的時(shí)候很容易產(chǎn)生較大的沖擊力，在實(shí)際應(yīng)用的過程中很容易產(chǎn)生幾百到幾千的大氣壓，導(dǎo)致水泵整體很容易因此遭受破壞，氣泡的形成和增長的過程會(huì)一直持續(xù)到氣泡完全崩潰和破裂，材料侵蝕的全部過程通常被稱為氣蝕，氣蝕現(xiàn)象對(duì)水泵本身具有深遠(yuǎn)的影響。

水泵在實(shí)際運(yùn)作的過程中很容易對(duì)流道的材料產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，這主要體現(xiàn)在對(duì)葉輪造成的影響方面，在這樣的條件下的葉輪通常在幾個(gè)月就需要進(jìn)行修補(bǔ)泵殼和導(dǎo)葉等流速較高的位置也在水泵實(shí)際運(yùn)作的過程中很容易遭受破壞。嚴(yán)重的氣蝕現(xiàn)象會(huì)直接損壞水泵的部件，這就會(huì)嚴(yán)重影響水泵的實(shí)際性能。噪音和震動(dòng)的現(xiàn)象是氣蝕現(xiàn)象發(fā)生過程中常見的現(xiàn)象，當(dāng)氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生頻率和自然頻率相等的時(shí)候就會(huì)自然發(fā)生振動(dòng)的現(xiàn)象，然而振動(dòng)的現(xiàn)象會(huì)給水泵和實(shí)際工程狀況造成嚴(yán)重的影響，同時(shí)也會(huì)給泵站帶來嚴(yán)重的危害，這樣的現(xiàn)象將嚴(yán)重威脅水泵的穩(wěn)定運(yùn)行。所以氣蝕現(xiàn)象會(huì)給水泵帶來深遠(yuǎn)的影響，在氣蝕現(xiàn)象嚴(yán)重的時(shí)候，氣穴區(qū)就會(huì)在這樣的過程中不斷擴(kuò)大，當(dāng)押題的平均密度處于一定值的時(shí)候，葉輪入口處產(chǎn)生的抽吸力就很難得到維持，這樣的現(xiàn)象就會(huì)導(dǎo)致出水停止，進(jìn)而會(huì)造成水泵報(bào)廢的現(xiàn)象。在水泵具體應(yīng)用的過程中應(yīng)該盡可能地避免氣蝕現(xiàn)象，在進(jìn)水流態(tài)等多方面有效地降低氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的概率。

4 氣蝕現(xiàn)象的應(yīng)對(duì)措施分析

強(qiáng)化對(duì)氣蝕現(xiàn)象的控制一直是水泵生產(chǎn)和運(yùn)行維護(hù)工作中重要的問題，所以在實(shí)際工作中需要結(jié)合水泵工作實(shí)際經(jīng)驗(yàn)以及氣蝕現(xiàn)象的原因開展相應(yīng)的措施，保障氣蝕現(xiàn)象防治措施的有效性。

4.1 加強(qiáng)對(duì)氣蝕部位的修復(fù)

水泵材料是影響氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的重要因素，所以在控制氣蝕現(xiàn)象的時(shí)候應(yīng)該積極應(yīng)用抗氣蝕材料，在具體應(yīng)用的過程中，傳統(tǒng)的表面保護(hù)材料和工藝已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代化水泵抗氣蝕的實(shí)際要求，在具體材料選擇的過程中可以應(yīng)用青銅和不銹鋼材料的葉輪等，在這樣的方式下可以有效地增強(qiáng)水泵過流部件表面的抗氣蝕能力，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中需要充分結(jié)合企業(yè)實(shí)際需求，利用針對(duì)性的措施加強(qiáng)對(duì)表面保護(hù)和修復(fù)技術(shù)的有效應(yīng)用。

非金屬涂層在實(shí)際應(yīng)用的過程中主要是利用環(huán)氧樹脂以及各種復(fù)合物等通過水泵的方式加強(qiáng)抗氣蝕保護(hù)的有效性，噴焊防護(hù)技術(shù)也是現(xiàn)代化發(fā)展中重要的氣蝕現(xiàn)象防護(hù)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過程需要建立在噴涂和堆焊的基礎(chǔ)上，它實(shí)際上是一種金屬表面保護(hù)技術(shù)。但是在具體應(yīng)用的過程中，各種噴層會(huì)經(jīng)歷很多重熔的過程，涂層和表面都需要保障光滑和平整的效果，在這樣的方式下可以有效地延長水泵過流部件的使用壽命。

4.2 提升水泵的水力性能，應(yīng)用有效措施降低管路布置和流體特性對(duì)氣蝕現(xiàn)象的影響

4.2.1 合理設(shè)計(jì)水泵和工程

在傳統(tǒng)水泵應(yīng)用的過程中，城市中的供水系統(tǒng)大多采用大型雙吸離心泵，但是這樣的水泵在實(shí)際應(yīng)用的過程中對(duì)氣蝕余量具有較高的要求，所以在實(shí)際應(yīng)用中很容易產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，而且在安裝方面還存在著很大的局限性，在具體安裝過程中很難迎合工程實(shí)際狀況，氣蝕現(xiàn)象很容易在這樣安裝和應(yīng)用的過程中發(fā)生。然而在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的進(jìn)程中應(yīng)該根據(jù)影響氣蝕現(xiàn)象的因素開展相應(yīng)的改善措施，因?yàn)閷?shí)際工作過程中水泵揚(yáng)程過高，所以在實(shí)際應(yīng)用的過程中應(yīng)該盡可能地削減葉輪或應(yīng)用重新配置葉輪的方式，應(yīng)用減少流量的方式能夠有效地抑制氣蝕現(xiàn)象，加強(qiáng)對(duì)水泵以及工程概況的管理和維護(hù)，在具體工作中發(fā)現(xiàn)吸入管布置不合理的現(xiàn)象需要對(duì)吸入管進(jìn)行重新配置。

4.2.2 加強(qiáng)對(duì)水泵吸入口附近的氣蝕控制

在現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展和工程領(lǐng)域的進(jìn)步中，在水泵安裝和實(shí)際應(yīng)用的過程中都具備標(biāo)準(zhǔn)的施工措施，所以在實(shí)際安裝和工作中應(yīng)該嚴(yán)格按照相應(yīng)的工程標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對(duì)水泵吸入口氣蝕情況的有效控制。

(1) 排除多余含氣量

通過排除多余含氣量的方式能夠有效地保障水泵內(nèi)部真空的壓力，在這樣的方式下可以有效地降低水泵內(nèi)部必要的氣蝕余量，在工業(yè)供水系統(tǒng)中需要及時(shí)降低水中的氧氣和二氧化碳等氣體，利用這樣的方式可以明顯地改善水泵的氣蝕狀況，同時(shí)也能夠有效地改善管道和閥門中腐蝕的狀況，進(jìn)而可以有效地延長水泵以及水泵各個(gè)部件的使用壽命。

(2) 水泵吸入口提升液體的彈性

在水泵入口提升液體的彈性只是一種權(quán)宜之計(jì)，在具體應(yīng)用的過程中可以在水泵入口處添加一些空間或惰性氣體，利用這樣的方式可以改善水泵運(yùn)作過程中氣蝕的現(xiàn)象，但是在具體應(yīng)用的過程中并不能提升水泵整體的性能，而且這樣的方法在具體應(yīng)用中包含了眾多施工過程，所以在實(shí)際應(yīng)用中很少采用這樣的應(yīng)用措施。

(3) 提升吸水口處水的壓力

水泵廠商通常會(huì)給水泵提供精確的氣蝕余量數(shù)值，但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中并不是滿足這個(gè)數(shù)值要求就可以有效地防范氣蝕現(xiàn)象，在現(xiàn)代化技術(shù)不斷發(fā)展和科學(xué)理念不斷進(jìn)步的過程中，氣蝕現(xiàn)象的防治需要根據(jù)氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生因素，在具體應(yīng)用的過程中可以應(yīng)用降低氣蝕的低壓力方式有效地消除水泵中的氣蝕余量，一般情況下可以應(yīng)用調(diào)節(jié)水泵吸入口壓力的方式調(diào)整氣蝕區(qū)域的壓力。在調(diào)整水泵吸入口壓力的時(shí)候需要合理應(yīng)用水泵中水位和水泵串聯(lián)等諸多措施，在提升壓力的時(shí)候可以應(yīng)用提升水泵吸水口處水位的方式保障壓力的有效增加，但是對(duì)于已經(jīng)安裝好并且用于運(yùn)行的供水系統(tǒng)來說，氣蝕現(xiàn)象的控制很容易因?yàn)楦鞣N運(yùn)行和空間方面的因素限制，這導(dǎo)致防治氣蝕現(xiàn)象的措施很難在安裝好的系統(tǒng)中應(yīng)用。對(duì)于一些小型水泵來說，從水泵的出口直接抽取高壓水回饋到吸水口的方式能夠有效地提升水泵中氣蝕的余量，同時(shí)可以將回饋量控制在2%-5%的限度內(nèi)，然而在大型水泵中可以利用回饋射流增壓的技術(shù)方式有效地提升氣蝕防治的有效性。這樣的技術(shù)方法主要是指在水泵出口處抽取壓力水，應(yīng)用外配高壓泵加壓的方式從特殊散化噴口中輸送到水泵的吸水口處，這樣可以顯著地提升壓力，同時(shí)可以減少用水量，在這樣的方式下可以有效地降低防治氣蝕現(xiàn)象措施對(duì)水泵吸入口結(jié)構(gòu)造成的重要影響。

5 結(jié)束語

總的來說，水泵發(fā)生氣蝕現(xiàn)象最主要的原因在于水泵內(nèi)部的低壓區(qū)和水中一些溶解氣體的存在，這對(duì)于水泵的穩(wěn)定運(yùn)作具有高強(qiáng)度的危害。很多已經(jīng)投入運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備很難開展相應(yīng)的措施避免氣蝕現(xiàn)象，提升材料的性能和應(yīng)用強(qiáng)修補(bǔ)的方式抵抗氣蝕帶來的危害已經(jīng)成為了最重要的防治方法，所以在具體應(yīng)用的過程中需要根據(jù)實(shí)際狀況合理采用針對(duì)性的解決措施，保障水泵能夠在實(shí)際工作中得到正常運(yùn)行的工作狀態(tài)，進(jìn)而而可以有效地降低氣蝕現(xiàn)象對(duì)水泵造成的影響。