淺談離心式水泵的汽蝕及實踐

龍志平

（青海銅業有限責任公司，青海 西寧 810000）

1 引言

離心水泵（圖1）是抽吸輸送液體的機械，它能將原動機的機械能轉變成液體的動能及壓力能，液體獲得一定流速和壓力，從而把液體輸送到一定的高度。離心式水泵工作時，由于入口處的壓強低于大氣壓強，使泵入口處的水不斷地被導入泵內。當泵內入口處最低點的壓強低于該溫度下水的汽化壓強時，有一部分水開始汽化，形成氣泡，同時由于壓強降低，原先溶解于水的某些氣體也從水中逸出形成氣泡，隨水流入離心泵的高壓區，受壓后體積縮小，氣泡迅速凝結而破裂形成“空洞”，此時“空洞”周圍的水以高速度流向“空洞”，造成高頻率的強大沖擊，不斷打擊泵內部，特別是葉輪，造成葉輪表面形成蜂窩狀或海綿狀，此外，活潑氣體對金屬產生化學腐蝕，致使金屬表面層脫落［1］。這種氣泡的形成、發展破裂以及導致離心水泵零部件受損的過程，稱為離心水泵的汽蝕現象。

圖1 離心水泵示意簡圖

2 汽蝕產生的影響

汽蝕產生對離心水泵造成一定的影響，當形成的氣泡不多，汽蝕不嚴重時，對泵的運行和外部性能影響不大，這種未影響泵的外部性能時的汽蝕稱為“潛伏汽蝕”，泵長期在“潛伏汽蝕”狀態下工作時，泵的材料仍要受到破壞［2］。如果產生大量氣泡，發生嚴重的汽蝕，則泵的性能受到嚴重影響，使水泵無法正常工作，主要表現在以下三個方面：

（1）材料受到破壞。發生嚴重汽蝕時，由于機械剝蝕和化學腐蝕的共同作用使水泵葉輪、口環、殼體等零部件被破壞，特別是葉輪會出現“啃噬”現象［3］（圖2）。當出現嚴重的汽蝕現象時，不同水泵零部件材質會受到不同程度的破壞，因此，對于比較容易發生汽蝕的工作場所，在選用泵的材料時要針對性地選用較好的抗汽蝕材料，如不銹鋼、鋁青銅等耐汽蝕材質，可以延長水泵的使用壽命［4］。

圖2 水泵葉輪汽蝕穿孔

（2）產生噪音和振動。發生汽蝕時，泵體及管路產生強烈的噪音，由于汽蝕過程是一種反復沖擊、凝結的過程，伴隨著很大的脈動力，導致水泵產生強烈的振動。

（3） 水泵的性能下降。汽蝕嚴重時，產生大量的氣泡會堵塞流道的面積，減少流體從葉片獲得的能量，導致水泵的揚程下降，流量減小，效率也隨著降低。同時泵的外部性能也發生明顯的變化。

3 汽蝕產生的原因

導致水泵發生汽蝕的原因較多，歸納起來主要有以下幾種：

（1）水泵的安裝位置高出吸水面的的高差太大，即水泵的吸水高度過大。決定水泵吸入口的壓強是控制水泵運行時不發生汽蝕的關鍵，水泵吸入口壓強的大小與其吸水側管路系統以及吸水面壓強大小密切相關。對于一臺水泵來說，盡管其它性能可以滿足使用要求，但如果幾何安裝高度不合適，由于汽蝕原因，會造成流量等參數達不到設計要求。有的水泵在吸入管道設計真空泵，在水泵啟動前先抽真空建立負壓，便于水泵及時正常使用。

（2）泵的安裝地點大氣壓強較低，如安裝在海拔較高地區。泵安裝地點海拔越高，大氣壓強就越低，允許吸上真空高度就越小。

（3）泵所輸送的液體溫度偏高。輸送水的溫度越高，所對應的汽化壓強就越高，水越容易汽化。例如鍋爐給水泵，給水溫度偏高時容易產生汽蝕。

（4）吸水管的水頭損失過大。有的水泵在入口安裝了入口濾網，在工廠實踐中，受工況影響，如果入口濾網長期不清洗檢查，導致濾網堵塞，入口流量減小，同樣會造成水泵產生汽蝕現象，水泵產生振動及噪音［5］。

4 提高水泵抗汽蝕的措施

提高水泵抗汽蝕方法有多種，下面結合生產現場介紹幾種常用的方法。

（1）改進水泵本身結構。在離心水泵入口前安裝誘導輪或超汽蝕輪和采用雙重葉片葉輪，從而提高葉輪的入口壓強，改變泵的吸水性能。增大葉輪入口直徑和寬度可以減少允許汽蝕余量，提高水泵抗汽蝕性能，因此多級泵在第一級葉輪入口直徑，一般設計比后幾級要大些，改變葉片入口沖擊角，改善葉輪入口形狀及采用雙吸式葉輪都可以提高水泵的抗汽蝕能力。

（2）葉輪采用抗汽蝕材料。采用抗汽蝕材料制造葉輪，如鋁青銅、不銹鋼、稀土合金鑄鐵等，一般來說，零部件表面越光潔，材料強度和韌性就越大，則抗汽蝕性能就越好。

（3）合理確定吸水管路。通過之前的分析，水泵產生汽蝕的主要原因是入口處壓強過低，而造成水泵入口壓強過低的主要因素是水泵的吸水高度，因此水泵的吸水高度必須小于其允許值。常溫下，礦山水泵的吸水高度大多在5m左右，另外水泵吸水管的阻力損失也是很重要的一個因素，設計安裝時，應當正確選擇管徑大小、吸水管長度、接管零部件、底閥以及合理的流速，在使用時加強對介質及人口濾網的管控及維護［6］。

在生產實踐中，由于設計工況等因素，水泵產生汽蝕的現象時有發生，作為設備維護管理人員，應當根據現場實際，從工藝和設備維護、改進等方面出發，想方設法尋求提高水泵抗汽蝕的措施，延長設備的使用壽命和保障生產的連續穩定。