離心泵抗氣蝕技術(shù)的探討

常 軒， 姚松勤， 常 鑫

（1.國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心， 江蘇 蘇州 215000；2.杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司， 浙江 杭州 310018）

1 離心泵氣蝕機(jī)理

離心泵由葉輪體、泵殼體、泵軸結(jié)構(gòu)、軸承、密封環(huán)和填料函等構(gòu)成。離心泵雖然具有結(jié)構(gòu)緊湊，流量范圍寬、揚(yáng)程范圍寬、流量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小、設(shè)備安裝費(fèi)用低維護(hù)檢修費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際生產(chǎn)中卻存在氣蝕現(xiàn)象。氣蝕是流體動(dòng)力學(xué)、材料學(xué)和物理化學(xué)的復(fù)雜現(xiàn)象。氣蝕發(fā)生時(shí)，使泵體受到損壞，還會出現(xiàn)噪聲和振動(dòng)。當(dāng)情況嚴(yán)重時(shí)，流道的截面會被很多氣泡堵塞，使葉輪獲得的能量減少，導(dǎo)致泵體不能正常工作[1]。

氣蝕是泵體表面與流動(dòng)的液體發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的表面損傷，這種情況通常發(fā)生在離心泵零部件、水輪機(jī)的葉片和船舶的螺旋槳等表面，氣蝕時(shí)會傳遞出損害葉輪和泵殼體部件的氣泡，加上流動(dòng)的液體中溶解的微量氧對金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)腐蝕的共同作用，在相當(dāng)一段時(shí)間后，能夠使其表面出現(xiàn)斑痕和裂縫等等情況，甚至?xí)霈F(xiàn)呈海綿狀的情況從而逐步從泵體脫落。傳統(tǒng)葉輪的葉片和后蓋一體結(jié)構(gòu)，葉片出現(xiàn)大面積損傷時(shí)無法通過焊補(bǔ)來解決，因此，需要整體更換葉輪，也提高了養(yǎng)護(hù)成本。

2 離心泵抗氣蝕技術(shù)（見表1）

表1 離心泵抗氣蝕技術(shù)分解

采用優(yōu)化工藝操作條件是指在工藝條件允許的情況下，改變泵的流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速等操作參數(shù)，可以避免氣蝕的發(fā)生。但由于工藝條件的限制，優(yōu)化工藝操作條件具有很大的局限性，大部分情況下效果并不怎么顯著，故可將該方法作為解決氣蝕問題的輔助方法。

采用泵裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)主要有六個(gè)技術(shù)分支[2]：泵體結(jié)構(gòu)改進(jìn)、采用雙吸葉輪、采用前置誘導(dǎo)輪、采用降溫冷卻、采用涂層工藝和采用抗氣蝕材料。

3 離心泵防氣蝕改進(jìn)方案一（見圖1）

離心泵防氣蝕改進(jìn)方案：包括離心泵主體和氣蝕預(yù)防組件，離心泵主體包括離心泵殼體1 和和配合安裝在離心泵殼體1 內(nèi)的葉輪2，離心泵殼體1 的左端和上端分別開設(shè)有與離心泵殼體1 內(nèi)腔相連通的進(jìn)液口和出液口；氣蝕預(yù)防組件配合安裝在離心泵主體的左側(cè)，氣蝕預(yù)防組件包括安裝殼體3，安裝殼體3的內(nèi)腔底部配合安裝有水平設(shè)置的半導(dǎo)體制冷片4，半導(dǎo)體制冷片4 的制冷面朝上設(shè)置，且制冷面上均布有豎直設(shè)置的導(dǎo)溫柱5，半導(dǎo)體制冷片4 的散熱面中部連接有散熱柱6，散熱柱6 的下端伸出安裝殼體3。安裝殼體3 的左右兩端中部配合安裝有連接筒7，連接筒7 與安裝殼體3 的內(nèi)腔連通，置于安裝殼體3 右端的連接筒7 與離心泵殼體1 的進(jìn)液口配合連接。散熱組件配合安裝在安裝殼體3 的底部，包括外殼8，外殼8 內(nèi)設(shè)有散熱板9 和風(fēng)扇10，散熱板9 水平設(shè)置，其頂面中部與散熱柱6 的下端固定連接，風(fēng)扇10置于散熱板9 的下方[3]。

離心泵防氣蝕改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)：通過增設(shè)氣蝕預(yù)防組件，采用半導(dǎo)體制冷片的高效制冷效果，有效降低了離心泵進(jìn)液口的液體溫度，起到了預(yù)防氣蝕現(xiàn)象發(fā)生的作用；半導(dǎo)體制冷片的制冷面上采用均勻分布的導(dǎo)溫柱，有效提高了降溫效果。

4 離心泵防氣蝕改進(jìn)方案二（見圖2）

離心泵防氣蝕改進(jìn)方案：包括前蓋板104、后蓋板108、葉片101、密封環(huán)110、軸向連接孔109、出流孔102。離心泵防氣蝕改進(jìn)的特征在于：密封環(huán)110與泵蓋107 之間存在環(huán)形間隙；密封環(huán)110 內(nèi)側(cè)后蓋板108 上有若干軸向連接孔109，軸向連接孔109 的數(shù)量與葉片101 數(shù)量相同，此孔沿著軸線方向自葉輪后蓋板108 通向葉片101 前緣中葉展附近；每個(gè)葉片有三個(gè)出流孔，分別將葉片前緣前蓋板處、中葉展處、后蓋板處與軸向連通孔相連。離心泵防氣蝕改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)：葉輪出口的高壓液體通過后蓋板108 與泵蓋107的間隙流經(jīng)密封環(huán)110 處的環(huán)形間隙，壓力得到降低；液體繼續(xù)經(jīng)過軸向連接孔109 及出流孔102 從葉輪前緣定量流出。在此流動(dòng)過程中，伴隨著高壓液體在葉片101 前緣附近的定量流出帶來葉片101 前緣附近流體壓力得到提升，進(jìn)而降低氣蝕發(fā)生的可能性；另外，葉片101 前緣附近穩(wěn)定的出流會形成一層液膜可降低氣蝕發(fā)生時(shí)對葉片的破壞。

5 離心泵防氣蝕改進(jìn)方案三

離心泵防氣蝕改進(jìn)方案：泵體1 上側(cè)設(shè)置有進(jìn)水口3，下側(cè)設(shè)置有出水口11，左側(cè)設(shè)置有冷卻裝置13，進(jìn)水口3 上側(cè)設(shè)置有濾板2，濾板2 上設(shè)置有固定孔4，固定孔4 與進(jìn)水口3 上的螺紋孔5 相對應(yīng)；冷卻裝置13 包括，導(dǎo)溫板15，冷卻裝置13 下側(cè)設(shè)置有風(fēng)機(jī)14，泵體1 內(nèi)設(shè)置有葉輪組9，葉輪組9 左側(cè)設(shè)置有軸蓋16，軸蓋16 右側(cè)設(shè)置有固定槽，葉輪組9左側(cè)設(shè)置有環(huán)形凸起17，固定槽與環(huán)形凸起17 互相配合；葉輪組9 包括，誘導(dǎo)葉輪12 和雙吸葉輪10，葉輪組9 左側(cè)外圈設(shè)置有密封圈，泵體1 上設(shè)置有與之配合的密封環(huán)。

離心泵防氣蝕改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)：對流液進(jìn)行降溫，設(shè)有誘導(dǎo)葉輪調(diào)節(jié)流液壓強(qiáng)，有效的降低了氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生；誘導(dǎo)葉輪與雙吸葉輪為一體化，結(jié)構(gòu)緊湊，懸臂比不會有多大影響；進(jìn)水口處設(shè)有濾板，較好的保護(hù)了泵葉；通過設(shè)置密封圈和密封環(huán)，較好的提高了泵的密封性。