離心泵的氣蝕與處理預(yù)防

劉健鑫

摘要：離心泵的氣蝕現(xiàn)象在實(shí)際應(yīng)用中常有發(fā)生，對(duì)離心泵的正常運(yùn)行產(chǎn)生了極大的危害。開(kāi)展離心泵氣蝕現(xiàn)象的研究，在預(yù)防氣蝕現(xiàn)象發(fā)生，提高離心泵的工作效率，延長(zhǎng)使用壽命等方面有重要意義。

關(guān)鍵詞：離心泵;氣蝕;處理對(duì)策

離心泵的氣蝕現(xiàn)象主要是液體在離心泵中輸送時(shí)，由于壓力的變化而產(chǎn)生氣泡，在氣泡經(jīng)過(guò)聚積、流動(dòng)、分裂、潰滅的過(guò)程中，使液體對(duì)離心泵的部件產(chǎn)生撞擊，使金屬表面產(chǎn)生剝蝕。

一、氣蝕的原理簡(jiǎn)介

當(dāng)離心泵運(yùn)行時(shí)，液體壓力隨著離心泵的入口到葉輪入口不斷降低，且壓力在葉片入口處降到最低，此后液體的壓力由于葉輪對(duì)液體做功而快速上升。在一定的輸送溫度下，當(dāng)葉輪葉片入口附近的最低壓力低于液體的飽和蒸汽壓力時(shí)，液體就汽化，產(chǎn)生小氣泡。同時(shí)，使原來(lái)溶解在液體內(nèi)的氣體也逸出，它們不斷積聚而形成氣泡。氣泡在泵內(nèi)隨著液體流動(dòng)，當(dāng)氣泡到達(dá)壓力較高的葉道時(shí)，氣泡內(nèi)的汽化壓力低于外界的壓力，此時(shí)，蒸汽就會(huì)立即凝結(jié)，氣體也會(huì)瞬時(shí)重新溶入液體，從而造成局部真空。于是，四周的液體質(zhì)點(diǎn)就會(huì)以極高的速度向真空中心沖來(lái)，彼此撞擊，形成水錘，使瞬間局部壓力高達(dá)數(shù)十兆帕，當(dāng)這些氣泡在葉輪壁面附近潰滅，則液體就像無(wú)數(shù)個(gè)小彈頭一樣，連續(xù)地打擊金屬表面。其撞擊頻率可達(dá)20000～30000HZ，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，金屬開(kāi)始產(chǎn)生疲勞，表面開(kāi)始呈蜂窩狀或海綿狀。隨之應(yīng)力更加集中，葉片出現(xiàn)裂縫和脫落現(xiàn)象。同時(shí)，在水和蜂窩表面間歇接觸之下，蜂窩的側(cè)壁與底之間產(chǎn)生電位差，引起電化學(xué)腐蝕。像這種液體汽化、凝結(jié)、沖擊，形成高溫、高壓、高頻沖擊負(fù)荷，從而使金屬材料出現(xiàn)機(jī)械剝蝕與電化學(xué)腐蝕破壞的綜合現(xiàn)象稱為氣蝕現(xiàn)象。氣蝕的發(fā)生主要包括以下幾個(gè)階段：

（1）氣蝕的孕育階段。氣蝕的孕育階段即氣蝕的起始潛伏階段，在這一階段中，氣泡發(fā)展得不多，葉輪和端蓋部件表面產(chǎn)生了少量的塑性變形，但離心泵的性能參數(shù)無(wú)顯著變化。（2）氣蝕上升階段。隨著氣蝕的發(fā)展，氣蝕現(xiàn)象逐漸增加，氣蝕的速率也在不斷加快。在孕育階段的基礎(chǔ)上，發(fā)生氣蝕的部位更容易吸收較多的沖擊能量，從而快速增加了材料的表面的沖擊和失重率。在氣蝕上升階段，氣蝕孔坑幾乎布滿整個(gè)氣蝕部位表面。（3）氣蝕穩(wěn)定階段。氣蝕速率不斷增加，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間達(dá)到一個(gè)最大值，此后一段時(shí)期氣蝕的速率保持恒定不變，這一階段也稱為氣蝕率恒定階段。（4）下降階段。在下降階段，氣蝕的速率快速降低或出現(xiàn)不同程度的浮動(dòng)。由于經(jīng)過(guò)前幾個(gè)階段的發(fā)展，受氣蝕材料的表面初步形成孤立的深坑，隨后出現(xiàn)更嚴(yán)重的剝蝕甚至穿孔，使離心泵無(wú)法正常工作。

二、離心泵氣蝕的主要因素

（一）離心泵自身因素

一是泵殼及葉輪的結(jié)構(gòu)形狀。泵進(jìn)口的結(jié)構(gòu)參數(shù)，葉輪吸入口的形狀、葉片入口邊寬度等對(duì)氣蝕的產(chǎn)生都有很大的影響。二是離心泵自身材料的影響。離心泵自身材料存在缺陷、耐氣蝕性較差、表面粗糙度等處理工藝達(dá)不到所需的硬度和強(qiáng)度要求。

（二）工作時(shí)外部因素

一是外部環(huán)境。離心泵工作時(shí)的大氣壓力以及輸送液體的溫度對(duì)氣蝕的產(chǎn)生有很大的影響。有實(shí)驗(yàn)研究表明，離心泵在低負(fù)壓狀態(tài)下工作，泵的氣蝕是不可避免的;此外，在流體中，溫度的改變影響著氣蝕的物理性質(zhì)，液體本身的性質(zhì)和狀態(tài)對(duì)于氣蝕的發(fā)生有很大關(guān)系。

（三）輸送介質(zhì)的影響

輸送不同的介質(zhì)對(duì)氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生不同的影響。對(duì)于易揮發(fā)介質(zhì)和輕質(zhì)介質(zhì)，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)很容易受到比較大的影響，因此，此類介質(zhì)在輸送的時(shí)候，離心泵部件發(fā)生氣蝕的可能性更大。

（四）操作管理不規(guī)范

人為的操作和管理對(duì)離心泵的氣蝕同樣重要。一是離心泵在啟動(dòng)前泵體和管道必須充滿介質(zhì);二是安裝離心泵時(shí)，密封性達(dá)不到要求等，均對(duì)離心泵的氣蝕產(chǎn)生影響。

三、離心泵氣蝕的處理及預(yù)防改進(jìn)

（一）氣蝕的處理

1.處理泵本身

在氣蝕現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，應(yīng)根據(jù)出現(xiàn)的振動(dòng)、噪音等現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)檢查。通過(guò)降低泵的轉(zhuǎn)速、排量，并根據(jù)需要，對(duì)泵進(jìn)行拆檢，仔細(xì)檢查泵內(nèi)部葉輪和端蓋的氣蝕情況，并根據(jù)離心泵氣蝕的輕重采取相應(yīng)措施。

2.處理輸送管系

除了檢查泵本身外，還要仔細(xì)檢查泵進(jìn)口管路、各閥門等氣密性;檢查泵出口、管路、濾器等管系情況。

3.處理輸送介質(zhì)

在氣蝕發(fā)生時(shí)，可調(diào)整泵前后的液位、介質(zhì)的溫度及壓力等參數(shù)，從而減少氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

（二）氣蝕的預(yù)防

1.設(shè)計(jì)方面

（1）在泵管和葉輪方面，可適當(dāng)減小葉輪入口與泵入口之間的距離、減少吸人管長(zhǎng)度，或者適當(dāng)增大管徑，以便降低管路阻力。

（2）采用雙吸葉輪，因兩側(cè)壓力基本平衡，可降低泵吸入口的真空度，同時(shí)能更好滿足流量和揚(yáng)程需要，使泵的轉(zhuǎn)速降低，減少氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）減少吸人管路彎頭、管路閥門、管道長(zhǎng)度，來(lái)降低壓力損失;采取穩(wěn)流措施，最大程度保證泵入口介質(zhì)平穩(wěn)動(dòng)流，避免流道內(nèi)產(chǎn)生渦流，以減緩氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.制造方面

（1）采用強(qiáng)度和硬度較高、韌性和化學(xué)穩(wěn)定性好的抗氣蝕材料來(lái)加工葉輪和泵殼。

（2）通過(guò)不同的強(qiáng)化處理方法增加材料的耐蝕性。例如：材料滲氮處理、材料的熱處理、鍛壓加工硬化等工藝。

（3）涂抗氣蝕材料涂層。例如：熱噴涂鉆基合金涂層等。

3.使用方面

（1）適當(dāng)降低輸送介質(zhì)的溫度，來(lái)減少汽化壓力，從而有效的降低氣蝕的程度和頻率，減小氣蝕發(fā)生的可能性。

（2）提高離心泵入口壓力，減少離心泵工作轉(zhuǎn)速。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本論文對(duì)離心泵的氣蝕現(xiàn)象做了綜合的分析。為了對(duì)離心泵氣蝕現(xiàn)象有深刻認(rèn)識(shí)，本文從離心泵自身因素和外部因素人手，分析了離心泵氣蝕原理、發(fā)生過(guò)程，并提出了常規(guī)的處理措施。同時(shí)，為了預(yù)防氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，從改善泵體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化耐蝕材料等多個(gè)方面提出了預(yù)防改進(jìn)方法，從而達(dá)到提高離心泵的工作效率，延長(zhǎng)使用壽命的目的。

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