關于離心泵汽蝕的防止措施討論

劉霖

摘 要：離心泵汽蝕是造成水泵運行不穩，甚至造成工藝中斷及設備損壞的原因之一，為防止離心泵發生汽蝕，參考有關專業資料、運行規程，相關數據和運行規程，結合實際情況編寫本預防措施。

關鍵詞：離心泵 汽蝕 措施

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0068-01

1 離心泵汽蝕定義

汽蝕又稱為空蝕，離心泵通過葉輪的旋轉對液體做功，使液體能量增加，在此過程中，液體的速度和壓力是變化的。離心泵入口處是壓力最低的地方，加上液體流入葉片時的壓降和損失，葉輪的葉片進口處通常是壓力最低區域。如果這個區域的液體壓力等于或低于該溫度下液體的汽化壓力pv就會有蒸汽及溶解在液體中的氣體從液體中大量逸出，形成許多蒸汽與氣體混合的汽泡，這些小汽泡隨液體流動到高壓區域時，由于汽泡內部始終是汽化壓力pv，而汽泡周圍液體的壓力卻是很大的，因而這些小氣泡內外便產生了壓力差。在這個壓力差的作用下，汽泡受壓而破裂重新凝結。在凝結過程中，液體的質點便從四面八方向汽泡中心加速運動，就在這凝結的瞬間，無數小質點相互撞擊，產生很高的局部壓力。如果這些小汽泡在金屬表面附近破裂而凝結，則液體質點就像無數個小彈頭一樣，連續不斷的打擊金屬表面，壓力很大（可達數百兆帕）、頻率很高（每秒鐘達2萬多次）且集中作用在極微小的面積上。這種現象反復發生并長期繼續下去，就使材料表面遭到嚴重的侵蝕破壞，通常把這種破壞稱為汽蝕。在所產生的汽泡中，還夾雜一些活潑的氣體（如氧氣等），這些活潑的氣體借助于汽泡凝結時所放出的熱量，對金屬還起化學腐蝕作用。在化學腐蝕和機械腐蝕的共同作用下，更加快了金屬損壞的速度，這種現象叫做汽蝕破壞現象。

在液體中，汽泡的產生及消失也就是液體中汽蝕現象的產生過程。離心泵開始發生汽蝕時，汽蝕區域較小，是局部的，對離心泵的正常工作沒有明顯影響，在離心泵的性能曲線上也沒有明顯的反映，稱為潛伏汽蝕。當汽蝕發展到一定程度，汽泡大量產生，影響液體的正常流動，破壞了液流的連續性而阻塞流道，增大了流動阻力，甚至造成流液中斷，發生震動和噪音，使離心泵的流量、揚程和效率明顯下降。

2 離心泵的汽蝕的危害

水擊是汽蝕現象的主要特征，局部壓力高達30 MPa（測壓面積為1.5 mm2）。曾測得發生液體汽蝕時水擊的頻率有25000次/每秒鐘，金屬表面在水擊的反復敲擊下，受到疲勞損壞。并且，在連續的周期性的壓力波作用下，液體很快就滲入和流出金屬的孔隙，金屬表面出現麻坑或剝蝕，金屬質點脫離母體而被液體帶走，產生嚴重的點蝕現象。泵的零件在這樣大的周期性作用力下，將引起泵的噪音和振動；另一方面由于水的汽化，水中會分離出氧氣，對金屬部件產生氧化腐蝕，所以汽蝕對泵的危害很大，主要表現在下述幾個方面。

2.1 揚程、功率和效率明顯下降

離心泵運行時，如果發生汽蝕，則因液體中含有汽泡，其揚程略有降低。但在開始產生汽蝕時，因葉片表面上有一層液體蒸汽覆蓋著，葉片好像更光滑了，故泵效率反而有所提高。當汽蝕現象繼續擴展，汽泡大量產生，最后造成脫流現象，這時水泵的揚程、功率及效率會迅速下降，如圖1所示。尤其對低比轉數的離心泵更為明顯。因為低比轉數的泵，其葉輪過水斷面較狹窄，故脫流一旦發生就會布滿全部葉片，因此其揚程、功率及效率均迅速下降。

2.2 泵產生振動和噪音

發生汽蝕時，伴隨著氣泡在壓力較高處連續不斷潰滅，液體質點互相撞擊，產生強烈的水力沖擊，也撞擊金屬表面，產生各種頻率的噪聲，嚴重時可聽見泵內有“劈啪”的爆炸聲，同時引起機組振動。

2.3 破壞過流部件

因機械剝蝕和電化學腐蝕的作用，使金屬材料發生破壞，通常受汽蝕破壞的部位多在葉輪出口附近和排液孔進口附近。汽蝕初期，表現為金屬表面出現麻點，繼而表面呈現海綿狀、溝槽狀、蜂窩狀、魚鱗狀等痕跡；嚴重時可造成葉片或前后蓋板穿孔，甚至葉輪破裂，釀成嚴重生產事故。

3 離心泵的汽蝕的防止措施

要避免汽蝕，就要防止液體在泵內產生汽泡，使離心泵流道內的各處壓力均大于當時水溫下的汽化壓力pv。所以離心泵內是否會發生嚴重的汽蝕，一方面取決于泵本身特別是葉輪設計和制造的好壞；另一方面也取決于對泵的進水管道布置和安裝是否合理?，F分別敘述如下。

3.1 改進離心泵葉輪的幾何尺寸

（1）加大離心泵葉輪入口直徑。增大葉輪入口直徑，即降低葉輪入口速度，可以提高泵的抗汽蝕性能。特別是對低比轉數（ns≤100）的離心泵，其效果尤為顯著。

（2）加大離心泵葉輪葉片進口邊的寬度。增大寬度，可以使葉輪入口相對速度減小，亦可提高泵的抗汽蝕性能。對低比轉速（ns≤100）的泵的效果明顯。

（3）采用雙吸葉輪。因為雙吸葉輪相當于兩個葉輪背靠背地并聯運行，這就降低了葉輪入口速度，從而可提高離心泵的抗汽蝕性能。

（4）使葉輪葉片入口邊向葉輪吸入口方向延伸。這種方法有利于提高泵的抗汽蝕性能。但對低比轉數泵的葉輪來說，要考慮由于葉輪入口葉片排擠而造成的壓力損失。

（5）加大葉輪前蓋板的彎曲半徑。由實驗知，這樣不但能推遲汽蝕的發生，而且能保證外部特性不變，有利于提高泵的汽蝕性能。

實驗結果表明，為了提高葉輪抗汽蝕性能，主要是采取減少葉輪葉片數，減薄葉片進口厚度，加寬葉輪進口流道，葉片向葉輪入口方向延伸等措施。采取這些措施的目的是加大葉輪入口及其流道的流通面積，從而減小液體進入葉輪后的流速，降低流體阻力，避免過大的壓降。

3.2 減小離心泵吸入管路的壓力損失

減小吸入管路壓力損失的措施有：采用最短的吸入管路；減少不必要的管道附件，如彎頭、閥門等；減小管內流速等。

3.3 加強對離心泵的檢查，提高操作技能

（1）檢查離心泵管路及結合處有無松動現象。盤動離心泵，試看離心泵是否靈活。有無卡澀。

（2）檢查軸承潤滑機油，觀察油位應在油標的中心線處，潤滑油應及時更換或補充。

（3）點動電機，試看電機轉向是否正確。

（4）開動電機，當離心泵正常運轉后，打開出口壓力表和進口真空泵視其顯示出適當壓力后，逐漸打開閘閥，同時檢查電機負荷情況。

（5）盡量控制離心泵的流量和揚程在標牌上注明的范圍內，以保證離心泵在最高效率點運轉，才能獲得最大的節能效果。

（6）離心泵在運行過程中，時刻監測軸承溫度，最高溫度不得超過75 ℃。

（7）如發現泵有異常聲音應立即停車檢查原因。

（8）經常調整填料壓蓋，保證填料室內的滴漏情況正常（以成滴漏出為宜）。

（9）定期檢查軸套的磨損情況，磨損較大后應及時更換。

（10）離心泵在寒冬季節使用時，停車后，需將泵體下部放水螺塞擰開將介質放凈，防止凍裂。

（11）離心泵長期停用，需將泵全部拆開，擦干水分，將轉動部位及結合處涂以油脂裝好，妥善保管。

參考文獻

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