探究水泵的汽蝕現象及防治措施

顏海波

摘 要：針對水泵的汽蝕問題，作者在文章中分析了水泵出現汽蝕現象的原因，詳細闡述水泵汽蝕的類型以及水泵汽蝕現象，并據此提出怎樣避免與減輕汽蝕的幾點建議，以有效延長水泵的使用壽命。

關鍵詞：水泵汽蝕；汽蝕類型；防治措施

1 概述

水泵是一種將原動機的機械能轉換為抽送液體能量的機器。水泵的功能是否完好、工作效率取決于流量、揚程、轉速等這些因素。現階段水泵在我國各個領域都得到了廣泛的使用，但受到科技水平的限制，汽蝕現象對水泵的危害一直沒有得到較好的處理，嚴重影響了水泵的使用壽命和正常功能。筆者將在下文中就水泵的汽蝕現象進行分析，并據此提出對應的防治措施。

2 汽蝕及水泵汽蝕現象

汽蝕指的是在一定溫度的條件下，降低水中的壓力，直到該溫度下的汽化壓力時，液體就會出現氣泡，當氣泡流動到高壓處，受高壓影響氣泡就會不斷縮小直到破滅。這種現象被研究者命名為汽蝕潰滅。

當水泵啟動后，如果其過流部分的某個位置（一般來說是位于葉輪葉片進口的后方）受到內外部環境某些因素的影響，使得抽送液體的絕對壓力不斷降低，直至達到汽化條件，液體就會汽化，從而產生大量的蒸汽，造成氣泡的出現。抽送液體帶有大量氣泡繼續運動，在途經葉輪內的高壓區時，氣泡周邊的高壓液體會擠壓氣泡，使其體積立刻縮小直到破滅為止。液體質點將會在氣泡破滅之際迅速填充空穴，在這快速填充的過程中，會出現極為強大的水擊作用，同時以較快的頻率打擊金屬表面，該打擊力最高能達到上千大氣壓，頻率一秒鐘超過一萬次，這樣水泵避免在沖擊力強烈又快速的擊打下，會被打成蜂窩狀。

所謂的水泵汽蝕指的是水泵啟動后，由于液體壓力降低導致氣泡產生，而當氣泡受高壓影響破裂后使得過流部分受到水壓沖擊而出現程度不同的毀壞。水泵在運行時會產生不同程度的汽蝕，不僅會使得過流部件損毀，還會導致噪音與振動的產生，同時影響水泵的正常使用，縮短水泵的使用壽命，損毀較嚴重時還會造成水泵中液體中斷，影響生產效率。

3 水泵汽蝕類型

汽蝕的類型包括以下幾種：

3.1 葉型汽蝕

葉型汽蝕在水泵中極為常見，大多數水泵出現汽蝕問題屬于該類型。該種汽蝕發生在葉片表面，汽蝕破壞區在水泵葉輪的葉片表面上，對葉片正反兩面都會造成較大破壞，因此被稱作葉面型汽蝕，簡稱葉型汽蝕。該汽蝕產生的原因在于水泵安裝過高或是流量未能達到設計預期的標準，使得流量過大時對葉片造成沖擊。流量的不同使得汽蝕產生的位置也不同，當軸流泵流量較大時汽蝕會出現在葉片的正面位置，反之背面則會產生汽蝕。

3.2 間隙汽蝕

該種類型的汽蝕只有在水泵維持低負荷運轉時才會出現。當水流從離心泵的回流槽等縫隙流過時，水流在快速經過間距極小的間隙時壓強會隨著水流速度的提升而減少，同樣會對水泵部件造成汽蝕。由于軸流泵的葉片外緣和泵殼幾乎是貼在一起，只留下了距離極小的間隙，當水泵啟動后，水流的回流速度在葉片正、背兩側極大壓強的作用下急速上升，造成局部壓降產生，對水泵部件造成損毀。間隙汽蝕會導致泵殼對應葉片外緣部分出現一圈蜂窩麻面的汽蝕區域。

3.3 旋渦汽蝕

旋渦汽蝕出現的原因主要源于設計出現偏差，導致進水建筑物、進水構筑物的設計工作不符合預期，質量存在偏差，導致水泵進口處水流的紊亂和渦帶出現，將大量的氣體間斷性地帶到水泵中。有時水泵葉片并未產生葉面汽蝕，但是渦帶的出現也會使得葉片低壓區出現間斷性的葉面汽蝕。而旋渦的旋轉方向和水泵的旋轉方向一致，就會削弱相對運動，使得流量降低、揚程減少、效率更差，導致軸流泵超載或離心泵欠載；而當旋渦的旋轉方向和水泵的旋轉方向相背離時，上述發生的情況正好相反，造成離心泵超載或是軸流泵欠載。

當水泵啟動后，難以避免地都會產生汽蝕現象，對水泵部件造成損毀，導致水泵運行效率降低與氣壓不穩定。所以，當水泵工作時需要盡可能地避免汽蝕產生。

4 減輕和防治汽蝕的方法

水泵的汽蝕主要由水泵自身的汽蝕性能和抽水裝置的使用條件所決定。當水泵啟動后，汽蝕是難以避免的，那么怎樣盡可能地減輕和防治汽蝕，就成了工作人員的重點難題，筆者根據水泵自身特點和汽蝕情況，提出以下幾點意見：

4.1 精準地確定水泵安裝高程

設計人員在設計泵站建造圖時，應當遵循行業規范，即讓裝置汽蝕余量超過水泵的允許汽蝕余量，亦或是水泵進口處的吸上真空度不超過水泵的允許吸上真空度。另外，抽水裝置工作時可能面臨著各種各樣突發因素的干擾，為了能夠精準有效地安裝高程，還需要綜合全局，考慮各方面因素進行操作。

4.2 確保進水條件合格

進入建筑物中的水流需要保持平穩、均衡，避免旋渦的產生， 因為旋渦出現會帶來渦帶，從而導致汽蝕的產生。同時，要盡可能科學合理地設計大中型泵站的進水流道，進入葉輪的水流速度與壓強需要適宜地分布，防止局部低壓區的出現，這樣才不會使水流速度突然加快，有效地防止汽蝕的產生。

4.3 加大汽蝕區域的壓強

在水泵進水管中，可以注入較少的水或是空氣，在水或空氣的作用下，氣泡破滅所產生的沖擊力得到降低，還能降低汽蝕區域的真空度。不過，在注入時需要嚴格控制數量，避免矯枉過正。把出水管的高壓水輸入泵的進口中，能夠有效加大葉輪進口的壓強，由此來加強泵的抗汽蝕能力，不過也會減少水泵的出水量，降低水泵的工作效率。

4.4 加強泵自身的抗汽蝕能力

在設計水泵之初，除了考慮工作環境、性能特點等，還要從其構造自身出發，充分考慮葉輪設計的合理性。要考慮到泵內部諸多構件包括葉片進口寬度、葉片進口沖角等對水泵抗汽蝕能力的影響。在建造水泵時，確保其質量達到設計預期的標準。

5 結束語

在本文中，筆者分析了水泵汽蝕的類型和危害，并據此提出防治水泵汽蝕現象的相關措施。實踐證明，減輕和防治水泵汽蝕，對于加強水泵性能，延長水泵使用壽命有著重要幫助。所以，我們需要對水泵汽蝕現象有著清晰的認識，了解汽蝕規律，加強水泵性能。

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