离心泵汽蚀现象分析及防汽蚀措施

刘行 王玺

摘 要：本文将借助离心泵叶轮当中汽蚀两相流基本理论，对离心泵出现汽蚀的原因进行分析，并且探讨离心泵出现汽蚀会造成怎样的危害。借助研究汽蚀参数，总结出了导致汽蚀发生的临界条件，进而提出能够有效控制离心泵抗汽蚀能力的方法。

关键词：离心泵;汽蚀理论;控制方法;抗汽蚀能力;临界条件

在电力生产当中，离心泵直接决定着电力生产能否正常运作。衡量离心泵技术水准的时候，通常需要考虑效率指标以及汽蚀余量这两个重要的参数。汽蚀余量和效率指标之间互相关联，但是又互相矛盾，如果效率指标太高，那么汽蚀余量就会减少。如果一味的追求效率指标，就会使得汽蚀余量指标受到损失，因此需要开展深入的研究，通过针对性的方法防止汽蚀情况出现。

1、汽蚀原理

汽蚀指的是液体在流动的时候会产生气泡，并且气泡之后会破裂这一整个过程，气泡从产生到破裂这段时间非常短，并且过程非常复杂。液体在离心泵里面流动的时候，离心泵里面不同位置的压强有所区别。如果流体的速度提升，那么流体的静压力会减少，虽然外界没有输入热量，但是流体已经到达了气化压力，那么这点就会气化，气化会导致许多气泡生成，气泡里面有许多液体蒸气和容易溶于液体的气体。被气化的液体里面的氧气会被析出，随后氧气会进入到蒸汽里面，气泡和液体共同到达高压区域，与此同时，流体的静压力也会变得更高，如果流体的静压力比气化压力更大，那么气泡就会马上破裂，旁边的液体也会迅速把原来气泡的空洞所填充，从而造成了非常大的冷凝冲击，在冷凝冲击的作用之下，蒸汽又会变成液体，从而使得气泡消除。这一过程当中液体就像许多个微小的铁锤敲打金属表面，使得金属表面被侵蚀。

2、水泵汽蚀的原因

水温会直接决定水的饱和蒸汽压力。如果离心泵当中的最低压力比当前温度的饱和蒸汽压力更高，水在离心泵当中就不会产生气泡，水泵也不会出现汽蚀现象。但是因为水泵安装比较高，在设计工况之下开展，页面进口的背部会产生低压区，从而使得叶片背部出现汽蚀现象。如果水泵的流量超出了设计流量，那么叶轮进口的相对速度方向不会按照设计方向进行，共夹角越来越大，叶片前面正部分会出现漩涡以及脱硫，从而导致负压产生，还有可能出现汽化使得叶片正面出现汽蚀现象。如果水泵流量比设计流量小，那么叶轮进口的水流方向会合设计方向相反，夹角就会变小，叶片进口的背面就会出现漩涡，从而导致低压区的产生，这会使得叶片背面出现汽蚀现象。离心泵里面的水流如果经过骤然小小的区域，此时水流的流速会提高，压力会减小，也有可能导致汽蚀现象出现。水泵经过离心泵当中质量较差的区域，表面参差不齐，水流会受到这些参差不齐表面的影响而出现漩涡，使得某些部分的压力减小，进而导致汽蚀现象出现。

3、汽蚀的危害

3.1 产生振动以及噪音

离心泵出现汽蚀的时候，气泡到达高压区，气泡便会缩小并且破碎，气泡附近的液体会迅速把气泡当中的孔洞填满，从而出现强烈的水力冲击，进而使得噪声以及振动产生。有关结果表明，汽蚀所产生的振动频率在700赫兹到24，000赫兹之间，倘若振动所产生的频率和装置固有的频率相同，就会导致振动变得更加剧烈。因为气泡破碎，液体微粒会和液体微粒之间撞击，液体微粒也会和管道之间进行撞击，从而使得不同频率的噪声出现，如果汽蚀特别严重，还会导致离心泵出现振动以及噪音问题，这些问题都会使得离心泵的正常工作受到影响。

3.2 离心泵的性能下降

离心泵当中刚开始发生汽蚀的时候，离心泵的性能参数不会有太大的变化，并且也不会影响到离心泵的外在，如果汽蚀现象长期出现就会使得离心泵当中的工作元件受到损坏。如果汽蚀发展到一定阶段，出现了许多气泡，并且这些气泡在离心泵当中破碎，会把液体流动的管道堵塞，从而使得离心泵当中的液体流动不够连续，离心泵的效率严重受到影响，甚至还会使得离心泵吸取液体的时候受到阻碍。

3.3 过流部件的汽蚀破坏

金属表面如果有气泡破碎，那么气泡破碎所产生的微小水滴会猛烈撞击金属表面，金属表面就会变成海绵形状，甚至还会产生空洞。其实不仅通过物理反应进行破坏，其中还有化学反应等等，这些反应都会使得材料受到损坏。

4、避免汽蚀出现的有效方法

4.1 设置恰当的吸入高度

在进行设计的时候，把所吸收液体表面位置提高，或者把离心泵的安装位置降低，从而使得NPSH数值提升。对于吸取装置，可以借助真空罐引水吸程避免汽蚀现象的出现，这种方法虽然需要公司投入一定的资金，但是操作的时候比较方便，并且非常实用。对于倒灌装置，如果离心泵的安装高度不能改变，可以把吸入设备的高度进行调整，从而使得汽蚀余量增多。

4.2 减小泵吸入口水力损失

应当尽可能的降低吸入口水力损失，把液体的饱和蒸气压减小，设计吸入管道的时候应该尽可能的把离心泵吸入口变得更粗，从而使得管道当中液体的流速减小，把管道长度减少，并且減少管道阀门数目使得离心泵吸入口水力损失减少，进而使得离心泵的有效汽蚀余量得到提升。

4.3 合理的管道布置

为了避免汽蚀出现，管道当中应该尽量避免出现多重弯道，并且管道需要有足够的坡度。对于吸取装备，离心泵的入口处可以使用顶平相连。对于倒灌装置而言，离心泵入口的地方偏心异径管可以使用底平相连。

4.4 增加离心泵的吸入压力

可以提升离心泵入口处的吸入压力，从而使得有效汽蚀余量得到提升。在运作的时候，需要确保前置泵能够正常的运作，从而使得离心泵的入口压力得到提升，有效汽蚀余量也获得增多。

4.5 提高离心泵本身抗汽蚀性能的方法

第一，可以把离心泵的吸入口到叶轮之间的结构设计进行完善。把液体流动的面积提升，并且把叶轮盖板进口段的曲率半径提高，使得液体在离心泵当中流动不会突然加快。尽可能的让叶片进口位置以及叶轮更加光滑，从而使得阻力有效减少。把叶片进口侧朝着叶轮进口方向延伸，流动的液体能够提前被做功，从而使得压力有效提升。第二，使用前置诱导轮，如此便能使得前置诱导轮当中的液体预先做功，液体流动压力也能获得提升。第三，使用双吸叶轮，使得液体能够从叶轮的两旁流动到叶轮当中，如此便能使得进口横截面积大大增加，液体的流动速度被有效降低。第四，使用的正冲角可以稍微大一点，从而使得叶片进口角变得更大，叶片进口部位的弯曲程度得到降低，叶片阻塞也会得到降低，进口面积会变得更大。把大流量之下的工作条件进行改进，从而避免液体在流动的时候有所损失。但是，正冲角不能太大，不然会使得离心泵的使用效率受到影响。第六，建造离心泵的时候可以使用抗汽蚀材料。有关研究表明，建造离心泵的材料如果有更好的化学稳定性，并且拥有更高的韧性，会使得制造出来的离心泵拥有更好的抗汽蚀能力。

结束语：总而言之，为了防止汽蚀现象出现，应当重视如下几点。离心泵的安装高度需要比离心泵的吸入高度更低。离心泵在运行的时候需要确保离线泵里面有足够的液体，防止在运行的时候离心泵入口处液体压力突然下降而造成汽蚀出现。提升离心泵抗汽蚀性能的方法有许多，但是在实际使用的过程当中，需要从实际情况出发，对离心泵出现汽蚀现象的原因进行分析，从而彻底解决离心泵的汽蚀问题。

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