探討離心泵的汽蝕危害及其預防措施

杜江波 楊揚

摘 要 在離心泵葉輪內兩項輪流的原理中，離心泵發生汽蝕的危害是極大的，本文主要分析了離心泵發生汽蝕的原因極其危害，并且對離心泵汽蝕的預防措施加以闡述，通過汽蝕的參數對這種情況的危害加以解析，從而得出發生汽蝕的臨街條件，為預防離心泵汽蝕提供了有效的數據支持并為其控制和與預防提供了先決條件。

關鍵詞 離心泵 汽蝕機理 汽蝕危害 預防措施

中圖分類號：TH311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）05-0054-02

1 汽蝕機理

汽蝕的過程就是離心泵在運轉中的液體汽泡從產生到破裂的全過程，一般情況下，汽泡從產生到消失的時間非常短，且這一過程的動態較為復雜。

當離心泵中的液體發生流動時，其中流道內的每個點的壓強是不相同的。液體流動的靜壓力降低就會產生一定的汽化，因為就一般情況下的流體物理學來說，雖然和外界沒有能量交換，外界的熱量也沒有傳達到液體中，但是由于液體快速流動所產生的低壓低于汽化的壓力，就會使得質點產生汽化，這種汽化的表現形式就是在離心泵的液體中產生很多的汽泡，同時這些汽泡中有很多充斥著液體的蒸汽，這些蒸汽有些隨著汽泡破裂而消散，有些則是在汽泡中和液體相融合，如圖1所示為離心泵汽蝕。

被汽化的液體中含有的氧汽和被汽化液體周圍的液體中的氧汽都被分離并析出，混合到汽泡內的蒸汽里，并且隨著液體的流動，汽泡也隨著進入離心泵的高壓區，這時流體的靜壓力再次升高，當流動液體的靜壓力大于汽化的壓力時，汽泡內外的壓強就會不一致，從而導致汽泡迅速的凝結，然后周圍的液體迅速地填充入汽泡破裂后的孔位中，并產生巨大的內向性質的冷凝沖擊，使得蒸汽又重新凝結變成液體，這種冷凝現象會使得其它的汽泡消失。[1]

破裂的汽泡凝結成液體的同時這部分液體就會產生能量，形成無數細小的高頻撞擊柱沖擊金屬的表面，長此以往就會造成金屬表面的腐蝕。

2 汽蝕的危害

2.1 產生振動和噪音

在離心泵發生汽蝕的過程中，汽泡進入到高壓區會迅速地受到沖擊而產生縮小和破裂的現象，然后周圍的液體質點會飛速的回填汽泡破裂所產生的空穴，從而產生巨大的能量，這種能力會產生水力高頻沖擊，這種高頻的沖擊一定會伴隨著振動和噪聲。

一般情況下，通過相關的實驗檢測，汽蝕所引起的振動頻率范圍從1000HZ到25000HZ之間，如果汽蝕所產生沖擊的頻率和離心泵內裝置的固有頻率接近，就會產生共振現象。

然后由于汽泡的破裂，液體微團之間也會發生碰撞，從而導致和流道壁表面發生沖擊，這種沖擊頻率不同，因此會產生各種頻率范圍的噪聲，產生的噪聲時高時低。當汽蝕現象較為嚴重的時候，會引起離心泵強烈振動并發出巨大的噪音，這不僅會對工作環境造成危害，同時也會使得離心泵無法正常的工作。

2.2 過流部件的汽蝕破壞

流動液體所差生的汽泡在金屬表面破裂的過程中，金屬表面會受到連續的猛烈沖擊，這種沖擊主要來自于破裂的汽泡凝結成液體時，這部分液體產生的能量，形成無數細小的高頻撞擊柱沖擊金屬的表面，這就會導致金屬表面的晶粒松動并且剝落，讓金屬表面呈現出海綿狀，甚至出現大量的空洞。

3 汽蝕參數

3.1 汽蝕余量

離心泵入口處的單位質量的液體會超出液體汽化的壓力，這樣就會產生出來一部分富余的能量，這種能量統稱為離心泵汽蝕效應的汽蝕余量。汽蝕余量的數值等于以基準面算起的離心泵口總吸入壓力減去泵內流體的液體汽化壓力，這種壓力屬于絕對壓力，用米液注來測量。

3.2 有效汽蝕余量

有效的汽蝕余量是指由離心泵內裝置系統來確定的汽蝕余量，這種余量的大小是由吸入的管路系統參數和管路中液體流動的流量通過計算來確定的，和離心泵的內部構造有關聯。

3.3 必需汽蝕余量

必需汽蝕余量是離心泵制造廠商通過出場前的性能測試來確定的汽蝕余量。

3.4 汽蝕參數控制

離心泵在工作時產生汽蝕是比較常見的事情，汽蝕效應會對泵體和內部構造產生嚴重的損害，因此要通過汽蝕余量參數的相關計算來合理的規避汽蝕所造成的危害，并且可以采取一定的手段防止汽蝕的產生。

4 汽蝕現象的控制措施和預防措施

4.1 確定合理的吸入高度

要在離心泵的出廠設計上來增加吸取液體面的位置或者降低離心泵的安裝位置，這樣就能夠提升汽蝕余量的絕對值。對液體的吸取裝置，可以采用真空罐來引水，這種引水方式的吸程較短，可以有效地防止汽蝕現象的產生。

這種方法的缺陷是會增加設備的投資費用，但是也具有一定的優勢，可以使得離心泵的操作變得簡單適用。在倒灌裝置中，離心泵的安裝高度在一定的條件下會增加吸入設備的高度，從而使得汽蝕余量得到有效增加。

4.2 減小離心泵的入口水力流失

要盡量地減少水吸入管道中的水力流失，從而減低液體的飽和蒸汽壓，這就要求在設計吸入管道的時候要盡可能的增大離心泵吸水入口的直徑，從而減少管內的液體流動。在確保液體流動減緩后，再縮短管道的長度，從而降低因吸入管道過長而導致的水力損失，從而有效的提高離心泵的汽蝕余量。

4.3 進行合理的管道布置

為了防止汽蝕現象的發生，要使得吸入管道在設計時避免出現一些形狀，例如“凸”字型和“幾”字型，并且要使得管道的管路具有一定的坡度。

對于吸上裝置，要在離心泵口的地方偏心管采用頂平連接，并且使得管路的坡向容器能夠和管路口距離盡可能減少。對于倒灌裝置，在離心泵口處采用底平連接，然后使得管路坡向泵。

4.4 增加離心泵的吸入壓力

通過增加前置離心泵的入口壓力能夠極大的提升有效汽蝕余量。在離心泵運行中能夠保障前置泵的良好運行狀態，并且保證離心泵入口的壓力足夠大，這些都能夠極大的提升離心泵的有效汽蝕余量。

4.5 提高離心泵本身的抗汽蝕性能

要改進離心泵的吸入口到葉輪附近的結構設計，增加液體的流動面積。然后增大葉輪蓋板進口部分的曲率半徑，使得液體流動的加速和降壓能夠得到有效的控制。[2]然后提高葉輪和葉片進口部分的表面光潔度，從而減少因阻力過大而帶來的流體能量損失。

應用前置誘導輪，使得液體流動在前置的誘導輪中能夠比往常的做功流程提前，從而使得液體的有效壓力增加。采用雙吸葉輪，讓液體從兩側流入雙吸葉輪，這樣就可以讓液體進口擴大一倍，使得流速降低。

5 結語

由于效率指標相對來說較為重要，因此在離心泵的整體運轉中，在滿足裝置汽蝕余量的前提下，為了效率指標而犧牲汽蝕余量的指標，因此需要對這種現象進行深入的分析和探討，并對預防汽蝕現象的發生提供有利的措施。

參考文獻：

[1] 董勝強.生產崗位專業技術培訓教材（汽機分冊）[M].山西：山西大唐國際臨汾熱電有限責任公司，2017.

[2] 張林偉，段海鵬，郭玉朋，張東嶺.煤礦用多級離心泵的汽蝕及預防[J].水力采煤與管道運輸，2016（03）：6-11.