離心泵汽蝕及防止方法探討

摘 要：離心泵技術(shù)已經(jīng)在一些社會(huì)的實(shí)際操作領(lǐng)域得到廣泛的運(yùn)用，而且發(fā)揮著重要的性能。除了一些常見(jiàn)的離心泵障礙之外，離心泵最常見(jiàn)的障礙就是汽蝕。對(duì)汽蝕這個(gè)問(wèn)題的研究已經(jīng)持續(xù)了大半個(gè)世紀(jì)，但是人有很多的未知空間，汽蝕不僅會(huì)導(dǎo)致水泵的性能大大降低，流量減小，壓力損失加大，能耗增加，同時(shí)葉輪及葉片的使用壽命也會(huì)大大降低，嚴(yán)重的影響著泵站效益。這恰恰說(shuō)明了對(duì)汽蝕問(wèn)題研究的重要性。文章就離心泵的工作原理，離心泵汽蝕產(chǎn)生的原因以及應(yīng)對(duì)的辦法進(jìn)行一個(gè)淺要的論述。

關(guān)鍵詞：離心泵；汽蝕；應(yīng)對(duì)辦法

1 離心泵工作原理

離心泵是原動(dòng)機(jī)通過(guò)泵軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)液體做工使其能量增加。從而使要求數(shù)量的液體從吸入池經(jīng)泵的過(guò)流部分，輸送到要求的高度或要求有壓力的地方。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)把機(jī)械能傳遞給液體時(shí)離心泵開(kāi)始工作。由于葉輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)，泵中的液體在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪的帶動(dòng)下產(chǎn)生慣性，由于高速的圓周運(yùn)動(dòng)當(dāng)液體被甩出，這個(gè)就是離心現(xiàn)象。離心泵的物理原理來(lái)源就是離心運(yùn)動(dòng)，最終達(dá)到運(yùn)輸?shù)哪康摹?/p>

離心泵的主要用途是輸送液體，這里的液體包括不同性質(zhì)的液體比如水、石油、化工產(chǎn)品等。離心泵憑借其排污能力強(qiáng)、高效節(jié)能、性能好等優(yōu)點(diǎn)在生產(chǎn)工程中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。不僅在城市供暖、消防、化工、燃料印染等企業(yè)中適用，而且在廣泛應(yīng)用在石油、礦山等工業(yè)中，用于輸送不同性質(zhì)的液體。

2 離心泵產(chǎn)生汽蝕的原因

離心泵在使用過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，這是離心泵在運(yùn)作過(guò)程中最重要也是最常見(jiàn)的問(wèn)題之一，這一問(wèn)題使離心泵的性能大大降低，甚至對(duì)泵的安全和經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)作都有很大的破壞作用，而引起離心泵汽蝕的原因不是唯一的，離心泵發(fā)生汽蝕是由于液道入口附近某些局部低壓區(qū)處的壓力降低到液體飽和蒸汽壓，導(dǎo)致部分液體汽化所致。目前，學(xué)界對(duì)汽蝕的這一問(wèn)題的認(rèn)識(shí)還有待進(jìn)一步的探索。由于泵工作的管道設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)作情況在不同的實(shí)際情況中有不同程度的差異，如果再加上外部因素如氣壓、溫度、介質(zhì)等復(fù)雜的變化，汽蝕的情況很有可能會(huì)更加嚴(yán)重。

離心泵汽蝕的產(chǎn)生原因是在其高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中葉輪是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)其周?chē)蜁?huì)形成低壓空氣，當(dāng)外界壓強(qiáng)一定也就是處于正常值時(shí)，由于壓強(qiáng)差的作用，貯槽內(nèi)的液體就會(huì)自動(dòng)的由高壓區(qū)向低壓區(qū)經(jīng)過(guò)泵吸口流進(jìn)泵內(nèi)，在小于該處溫度下被輸進(jìn)液體的飽和蒸氣壓時(shí)液體在葉輪入口處就會(huì)氣化，同時(shí)溶解在該液體中的氣體也逸出，形成大量小氣泡，當(dāng)氣泡凝結(jié)使液體發(fā)生撞擊泵內(nèi)部的一部分壓力就會(huì)突然增高，這樣液體正常的流動(dòng)受到阻礙。液體在泵的內(nèi)部猛烈而且高頻率的發(fā)生撞擊再加上氣體凝結(jié)釋放的熱量無(wú)疑為金屬的剝落提供了條件，由于高速運(yùn)作容易產(chǎn)生高溫，這還會(huì)催化空氣中一些活躍的氣體或者液體中的某些元素與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。上述這個(gè)過(guò)程：由液體氣化到凝結(jié)形成再到高頻沖擊負(fù)荷，造成金屬材料的機(jī)械剝落和電化學(xué)腐蝕的綜合現(xiàn)象統(tǒng)稱(chēng)為“汽蝕現(xiàn)象”。

3 離心泵汽蝕防治方法國(guó)內(nèi)外研究和實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀

汽蝕現(xiàn)象最早提出是在十九世紀(jì)末期，二十世紀(jì)初對(duì)汽蝕的研究還停留在表面，尚未深入探究其原理。二戰(zhàn)后由于戰(zhàn)爭(zhēng)中水下武器的發(fā)展，對(duì)泵的汽蝕現(xiàn)象就更加重視了，當(dāng)人類(lèi)的科學(xué)觸角發(fā)展到宇宙空間的時(shí)候，汽蝕問(wèn)題的研究就變得更加迫切和尖銳。大半個(gè)世紀(jì)過(guò)去了，隨著對(duì)汽蝕現(xiàn)象問(wèn)題的不斷探究和挖掘，關(guān)于汽蝕研究的資料文獻(xiàn)也浩如煙海，迄今為止關(guān)于離心泵的汽蝕問(wèn)題眾多的相關(guān)人士已經(jīng)有了相當(dāng)一部分的研究成果，甚至這一現(xiàn)象已經(jīng)被歸為水動(dòng)力學(xué)的一個(gè)分支。在學(xué)界也不乏這方面的書(shū)籍、著作，雖然碩果累累，但是，對(duì)于汽蝕問(wèn)題的認(rèn)識(shí)和研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在這條路上我們還需要不斷的努力探索、深化發(fā)展。現(xiàn)在我們的成果還算不錯(cuò)，可以以現(xiàn)階段的研究成果為基礎(chǔ)繼續(xù)參考各方面的技術(shù)來(lái)進(jìn)行突破式的研究。

自從二十世紀(jì)三十年代以來(lái)，人們?cè)诓粩嗟奶剿髦兄饾u發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)到液體中的雜質(zhì)的多少對(duì)汽蝕發(fā)生的機(jī)理影響最大，所謂雜質(zhì)，是指液體中含有可溶和不可溶氣體，以及如灰塵之類(lèi)的固體質(zhì)點(diǎn)。一方面，當(dāng)液體中所含的雜質(zhì)比較多的時(shí)候就難以避免的會(huì)影響到液體的均勻性，也就是說(shuō)當(dāng)夜體的均勻性受到影響時(shí)液體就容易發(fā)生斷裂。另一方面，雜質(zhì)的含量多像灰塵等固體的雜質(zhì)在液體中凝結(jié)在一起時(shí)，一般情況下就會(huì)有空氣進(jìn)入灰塵間的縫隙中，經(jīng)過(guò)一定的過(guò)程就會(huì)形成“汽蝕核子”。“汽蝕核子”體積雖小卻可以嚴(yán)重影響到泵裝置的特性和泵本身的結(jié)構(gòu)。而上述理論中不乏對(duì)汽蝕原理的猜想和假設(shè)，除此以外還有人猜想有核子的存在，也有不少文獻(xiàn)支持微細(xì)射流的說(shuō)法。另外現(xiàn)在學(xué)界還普遍認(rèn)為關(guān)于汽蝕原理方面的基礎(chǔ)研究是最為重要的。因?yàn)橹挥邪哑g現(xiàn)象的本質(zhì)研究透徹了才會(huì)有更深層次的進(jìn)步，只有從最基礎(chǔ)的研究著手才能為解決和控制這個(gè)問(wèn)題做鋪墊。

4 離心泵汽蝕現(xiàn)象防止方法

4.1 改進(jìn)泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

改變離心泵的性能可以從以下幾個(gè)方面入手：

4.1.1 為了使葉輪進(jìn)口流速減小，可以適當(dāng)?shù)脑龃笕~輪入口直徑；或者通過(guò)增大葉輪葉片入口邊框度，使葉輪入口處液體的相對(duì)速度減小。但是葉輪入口直徑和葉輪葉片入口邊框度并非越大越好，二者取值過(guò)大時(shí)，NPSHr反而會(huì)增加。

4.1.2 采用雙吸葉輪，增大葉輪入口面積，使流經(jīng)葉輪的每一側(cè)流量減小。

4.1.3 適當(dāng)增加葉輪蓋板進(jìn)口段的曲率半徑，提高葉輪和頁(yè)面進(jìn)口部分的光潔度，增大葉片進(jìn)口角，并采用正沖角，以達(dá)到使介質(zhì)流動(dòng)更加平穩(wěn)，降低流動(dòng)損失。

4.1.4 通過(guò)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行預(yù)增壓，使離心泵安裝誘導(dǎo)輪，可顯著降低NPSHr。

4.2 提高裝置有效汽蝕余量

在設(shè)計(jì)離心泵裝置時(shí)，應(yīng)該盡可能的優(yōu)化，提稿泵吸入口的有效汽蝕余量NPSHa：

4.2.1 適當(dāng)增大泵吸入管路的直徑，降低管路內(nèi)表面的粗糙度，減少不必要的彎頭等。盡量減少泵入口段的管路損失。

4.2.2 增大泵吸入儲(chǔ)罐介質(zhì)壓力，來(lái)提高NPSHa。

4.2.3 當(dāng)裝置所能提供的NPSHa不能滿足泵要求時(shí)，可以選擇合適的泵型如筒袋泵，來(lái)降低泵的安裝高度，提高泵吸入口處的壓力。

4.3 使用抗汽蝕材料

采用抗汽蝕性能良好的材料來(lái)制造葉輪，不僅能夠延長(zhǎng)葉輪使用壽命，而且能夠有效地避免汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)踐證明，材料的化學(xué)性能越穩(wěn)定，材料的抗汽蝕性能也就越好。

4.4 加強(qiáng)對(duì)泵的操作管理

不當(dāng)?shù)牟僮饕矔?huì)誘發(fā)離心泵的汽蝕，因此在離心泵的過(guò)程中要注意對(duì)泵的操作：

4.4.1 保證離心泵在允許工作區(qū)內(nèi)工作。當(dāng)離心泵工作流量過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致NPSHr>NPSHa，從而產(chǎn)生汽蝕，當(dāng)工作流量低于最小連續(xù)穩(wěn)定流量時(shí)，輪盤(pán)和介質(zhì)之間的摩擦熱以及其他熱量不能及時(shí)排出，介質(zhì)飽和蒸汽壓P0會(huì)升高，會(huì)導(dǎo)致汽蝕現(xiàn)象。

4.4.2 入口節(jié)流會(huì)增大入口壓力損失，降低NPSHa，因此必須避免使用入口節(jié)流的方法的來(lái)調(diào)節(jié)泵的流量。

4.4.3 泵關(guān)閥啟動(dòng)的時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)。時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，機(jī)械損失等產(chǎn)生的熱量使得介質(zhì)溫度升高，從而導(dǎo)致歧視現(xiàn)象的發(fā)生。

4.4.4 對(duì)于變速調(diào)節(jié)的泵，應(yīng)避免泵的轉(zhuǎn)速過(guò)高。

5 結(jié)束語(yǔ)

汽蝕是影響離心泵運(yùn)行和使用壽命的重要因素，因此無(wú)論是在離心泵的選用上，還是在實(shí)際的使用過(guò)程中，都應(yīng)注意汽蝕所帶來(lái)的影響。從而采取適當(dāng)?shù)拇胧鶕?jù)其機(jī)理，可以有效地降低或避免汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。本文在介紹汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并針對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)汽蝕現(xiàn)象防止方法的討論。

參考文獻(xiàn)

[1]汪浩.離心式水泵的汽蝕與避免措施[J].煤礦機(jī)械，2008，29（10）：166-167.

[2]潘中永，倪永燕，李紅，等.離心泵汽蝕特性分析田[J].排灌機(jī)械，2008，7：35-40.