離心泵發生汽蝕的現象及防止措施

李世偉

（山西農業機械化試驗鑒定站，山西 太原 030027）

1 離心泵發生汽蝕的現象

1.1 汽蝕的概念

液體在一定溫度下，降低壓力至該溫度的汽化壓力時，液體便產生氣泡。這種產生氣泡的現象稱為汽蝕。

1.2 離心泵汽蝕的過程

離心泵在運轉中，若其過流部分的局部區域（通常是葉輪葉片進口稍后的某處），因為某種原因，抽送液體的絕對壓力下降到當時溫度下的汽化壓力時，液體便在該處開始氣化，產生蒸氣、形成氣泡。這些氣泡隨液體向前流動，至某高壓處時，氣泡周圍的高壓液體，致使氣泡急劇地縮小以致破裂。在氣泡破裂的同時，液體質點將以高速填充空穴，發生互相撞擊而形成水擊。這種現象發生在固體壁上將使過流部件受到腐蝕破壞。這種過程就是離心泵的汽蝕過程。

1.3 離心泵發生汽蝕的現象

1.3.1 產生噪聲和振動

由于泵汽蝕時，氣泡在高壓區連續發生突然破裂，以及伴隨的強烈水擊，而產生噪聲和振動，可以聽到像爆豆似的劈劈啪啪的響聲。

1.3.2 過流部件的腐蝕破壞

泵長時間在汽蝕條件下工作時，泵過流部件的某些地方會遭到腐蝕破壞。這是因為氣泡在破裂時金屬表面受到向利刃似的高頻（600 Hz～2 500 Hz）強烈沖擊，壓力達49 MPa，致使金屬表面出現麻點以至穿孔。嚴重時金屬晶粒松動并剝落而呈現出蜂巢狀。汽蝕腐蝕破壞的部位，正是氣泡消失之處。所以常常在葉輪出口和壓水室進口部位發現破壞痕跡。

1.3.3 性能下降

泵汽蝕時葉輪內液體的能量交換受到干擾和破壞，在外特性上的表現是流量-揚程曲線、流量-軸功率曲線、流量-效率曲線下降。嚴重時會使泵中的流量中斷，不能工作。應當指出，泵發生汽蝕的初生階段，特性曲線并無明顯變化，有時因產生的氣泡覆蓋過流部分表面，形成光滑層而使效率稍有提高。泵的特性曲線出現明顯變化時，汽蝕以發展到一定程度。不同比轉速的泵，由汽蝕引起性能下降的形式不同。低比轉速的泵，由于葉片間流道窄而長，固一旦發生汽蝕，氣泡易于充滿整個流道，因而性能曲線呈突然下降形式。隨著比轉速增大，葉道向寬而短的趨勢變化，因而氣泡從發生發展到充滿整個流道需要一個過程，相應的泵的性能曲線開始緩慢下降，之后增加到某一流量時才表現為急劇下降。

2 離心泵發生汽蝕的防止措施

2.1 名詞解釋

NPSHa——裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量。是由吸入裝置提供的，NPSHa越大越不容易發生汽蝕

NPSHr——泵汽蝕余量又叫必需汽蝕余量，是規定泵要達到的汽蝕性能參數，NPSHr越小，泵的抗汽蝕性能越好

NPSHt-——試驗汽蝕余量，是汽蝕試驗時算出的值，試驗汽蝕余量有任意多個，但對應泵性能下降一定值的試驗汽蝕余量只有一個，稱為臨界汽蝕余量，用NPSHc表示

[NPSH]——許用汽蝕余量，這是確定泵使用條件（如安裝高度）用的汽蝕余量，它應大于臨界汽蝕余量，以保證泵運行時不發生汽蝕

這些汽蝕余量有如下關系：

NPSHc≤NPSHr≤[NPSH]≤NPSHa

2.2 引用公式

式中：v0：葉片進口稍前的絕對速度；

ω0：葉片進口稍前的相對速度；

λ：葉片進口壓降系數；

式中:Pc：吸入液面的絕對壓力；

hg：幾何吸上（倒灌）高度；

hc：吸入損失；

Pv抽送液體溫度下的汽化壓力；

2.3 提高泵本身的抗汽蝕性能

2.3.1 葉輪進口直徑

適當增加葉輪進口直徑，可以減小v0，從而減小NPSHr，改進泵的抗汽蝕性能。

增加葉片進口寬度，能增加進口過流面積，減小v0和ω0，從而減小NPSHr，這是提高抗汽蝕性能的一種有效方法。

2.3.3 葉輪蓋板進口部分曲率半徑

由于葉輪進口嘀咕分的液流在轉彎處受到離心力作用的影響，靠前蓋板處壓力低，流速度大，造成葉輪進口速度分布不均勻/適當增加蓋板的曲率半徑，有利于減小前蓋板處的v0和改善速度分布的均勻性，減小泵進口部分的壓力降，從而NPSHr減小，提高泵的抗汽蝕性能。

2.3.4 葉片進口邊的位置和葉片進口部分的形狀

葉片進口邊適當向吸入口方向延伸，可使液體提早接受葉片的作用，且能增加葉片表面積，減小葉片工作面和背面的壓差。另外，葉片前伸，使進口邊的所在半徑減小，從而使v0和ω0減小。但是，葉片前伸后要求葉片做得很薄，否則排擠嚴重。

2.3.5 葉片進口沖角

葉片進口角，通常都大于進口相對液流角。增大了葉進口角，從而可以減小葉片的彎曲，增大葉片進口過流面積，減小葉片的排擠。這些因素都將減小v0和ω0，提高泵的抗汽蝕性能。

2）樹體萌芽期及時使用殺菌劑（推薦使用菌毒清、噻霉酮等，不能使用腐蝕性強的殺菌劑，以免影響愈傷組織形成）涂抹保護受凍部位，防止其他病害侵染。

采用正沖角，在設計流量下，液體在葉片進口背面產生脫流，因為背面是葉片間流道的低壓側，該脫流引起的旋渦不易向高壓側擴散，因而旋渦被控制在局部，對汽蝕的影響較小。反之，負沖角時液體在葉片工作面產生漩渦，該漩渦易于向低壓側擴散，對汽蝕的影響較大。

2.3.6 葉片進口厚度

葉片進口厚度越薄，越接近流線型，葉片最大厚度離進口越遠，葉片進口的壓降越小，泵的抗汽蝕性能越好。葉片進口的形狀對壓降影響是十分敏感的。

2.3.7 平衡孔

葉輪上的平衡孔，其中的泄流對進入葉輪的主流起破壞作用，平衡孔面積應不小于密封環間隙面積的5倍，以減小泄露流速，從而減小對主流的影響，提高泵的抗汽蝕性能。

2.3.8 光潔度

葉輪進口部分越光滑，水力損失減小，會明顯提高泵的抗汽蝕性能。

2.4 防止發生裝置汽蝕的措施

（1）減小幾何吸上高度（或增加幾何倒灌高度）可以使NPSHa減小，從而提高裝置的抗汽蝕性能。

（2）為此可以設法增加管徑，盡管減小管路長度，彎頭和附件等；可以使NPSHa減小，從而提高裝置的抗汽蝕性能。

（3）泵在大流量下運轉時NPSH增加，NPSH減小。所以，在確定安裝高度時，應使[NPSH]比NPSHc（NPSHr）大得多一些，否則應防止長時間在大流量下運行，有時因選泵不當，使泵處于大流量下運行，容易產生汽蝕，這一點在選泵時應加以注意。

（4）在同樣轉速和流量下，采用雙吸泵，因減小進口流速，泵不易發生汽蝕。

（5）泵發生汽蝕時，應把流量調小或降速運行。

（6）泵吸水池的情況對泵汽蝕有重要影響。

（7）對于在苛刻條件下運行的泵，為避免汽蝕破壞，可使用耐汽蝕的材料。