離心泵抗氣蝕技術的探討

常 軒， 姚松勤， 常 鑫

（1.國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心， 江蘇 蘇州 215000；2.杭州和利時自動化有限公司， 浙江 杭州 310018）

1 離心泵氣蝕機理

離心泵由葉輪體、泵殼體、泵軸結構、軸承、密封環和填料函等構成。離心泵雖然具有結構緊湊，流量范圍寬、揚程范圍寬、流量均勻、運轉平穩、振動小、設備安裝費用低維護檢修費用較低等優點，但在實際生產中卻存在氣蝕現象。氣蝕是流體動力學、材料學和物理化學的復雜現象。氣蝕發生時，使泵體受到損壞，還會出現噪聲和振動。當情況嚴重時，流道的截面會被很多氣泡堵塞，使葉輪獲得的能量減少，導致泵體不能正常工作[1]。

氣蝕是泵體表面與流動的液體發生相對運動所產生的表面損傷，這種情況通常發生在離心泵零部件、水輪機的葉片和船舶的螺旋槳等表面，氣蝕時會傳遞出損害葉輪和泵殼體部件的氣泡，加上流動的液體中溶解的微量氧對金屬結構進行化學腐蝕的共同作用，在相當一段時間后，能夠使其表面出現斑痕和裂縫等等情況，甚至會出現呈海綿狀的情況從而逐步從泵體脫落。傳統葉輪的葉片和后蓋一體結構，葉片出現大面積損傷時無法通過焊補來解決，因此，需要整體更換葉輪，也提高了養護成本。

2 離心泵抗氣蝕技術（見表1）

表1 離心泵抗氣蝕技術分解

采用優化工藝操作條件是指在工藝條件允許的情況下，改變泵的流量、揚程、轉速等操作參數，可以避免氣蝕的發生。但由于工藝條件的限制，優化工藝操作條件具有很大的局限性，大部分情況下效果并不怎么顯著，故可將該方法作為解決氣蝕問題的輔助方法。

采用泵裝置結構改進主要有六個技術分支[2]：泵體結構改進、采用雙吸葉輪、采用前置誘導輪、采用降溫冷卻、采用涂層工藝和采用抗氣蝕材料。

3 離心泵防氣蝕改進方案一（見圖1）

離心泵防氣蝕改進方案：包括離心泵主體和氣蝕預防組件，離心泵主體包括離心泵殼體1 和和配合安裝在離心泵殼體1 內的葉輪2，離心泵殼體1 的左端和上端分別開設有與離心泵殼體1 內腔相連通的進液口和出液口；氣蝕預防組件配合安裝在離心泵主體的左側，氣蝕預防組件包括安裝殼體3，安裝殼體3的內腔底部配合安裝有水平設置的半導體制冷片4，半導體制冷片4 的制冷面朝上設置，且制冷面上均布有豎直設置的導溫柱5，半導體制冷片4 的散熱面中部連接有散熱柱6，散熱柱6 的下端伸出安裝殼體3。安裝殼體3 的左右兩端中部配合安裝有連接筒7，連接筒7 與安裝殼體3 的內腔連通，置于安裝殼體3 右端的連接筒7 與離心泵殼體1 的進液口配合連接。散熱組件配合安裝在安裝殼體3 的底部，包括外殼8，外殼8 內設有散熱板9 和風扇10，散熱板9 水平設置，其頂面中部與散熱柱6 的下端固定連接，風扇10置于散熱板9 的下方[3]。

離心泵防氣蝕改進優點：通過增設氣蝕預防組件，采用半導體制冷片的高效制冷效果，有效降低了離心泵進液口的液體溫度，起到了預防氣蝕現象發生的作用；半導體制冷片的制冷面上采用均勻分布的導溫柱，有效提高了降溫效果。

4 離心泵防氣蝕改進方案二（見圖2）

離心泵防氣蝕改進方案：包括前蓋板104、后蓋板108、葉片101、密封環110、軸向連接孔109、出流孔102。離心泵防氣蝕改進的特征在于：密封環110與泵蓋107 之間存在環形間隙；密封環110 內側后蓋板108 上有若干軸向連接孔109，軸向連接孔109 的數量與葉片101 數量相同，此孔沿著軸線方向自葉輪后蓋板108 通向葉片101 前緣中葉展附近；每個葉片有三個出流孔，分別將葉片前緣前蓋板處、中葉展處、后蓋板處與軸向連通孔相連。離心泵防氣蝕改進優點：葉輪出口的高壓液體通過后蓋板108 與泵蓋107的間隙流經密封環110 處的環形間隙，壓力得到降低；液體繼續經過軸向連接孔109 及出流孔102 從葉輪前緣定量流出。在此流動過程中，伴隨著高壓液體在葉片101 前緣附近的定量流出帶來葉片101 前緣附近流體壓力得到提升，進而降低氣蝕發生的可能性；另外，葉片101 前緣附近穩定的出流會形成一層液膜可降低氣蝕發生時對葉片的破壞。

5 離心泵防氣蝕改進方案三

離心泵防氣蝕改進方案：泵體1 上側設置有進水口3，下側設置有出水口11，左側設置有冷卻裝置13，進水口3 上側設置有濾板2，濾板2 上設置有固定孔4，固定孔4 與進水口3 上的螺紋孔5 相對應；冷卻裝置13 包括，導溫板15，冷卻裝置13 下側設置有風機14，泵體1 內設置有葉輪組9，葉輪組9 左側設置有軸蓋16，軸蓋16 右側設置有固定槽，葉輪組9左側設置有環形凸起17，固定槽與環形凸起17 互相配合；葉輪組9 包括，誘導葉輪12 和雙吸葉輪10，葉輪組9 左側外圈設置有密封圈，泵體1 上設置有與之配合的密封環。

離心泵防氣蝕改進優點：對流液進行降溫，設有誘導葉輪調節流液壓強，有效的降低了氣蝕現象的產生；誘導葉輪與雙吸葉輪為一體化，結構緊湊，懸臂比不會有多大影響；進水口處設有濾板，較好的保護了泵葉；通過設置密封圈和密封環，較好的提高了泵的密封性。