离心泵发生气蚀的原因及对策

王振财

（开滦钱家营矿业分公司，河北 唐山 063301）

1 离心泵发生汽蚀的原因

当离心泵的吸入高度过大和液体温度较高时，致使吸入口压强小于或等于液体饱和蒸汽压，则液体会在泵进口处沸腾汽化，在泵壳内形成一个充满蒸汽的空间，随着泵旋转，气泡进入高压区，由于压差的作用，气泡受压破裂而重新凝结，在凝结的一瞬间，质点互相撞击，产生了很高的局部压力，如果这些气泡在金属表面附近破裂而凝结，则液体质点就象无数小弹头一样，连续击打在金属表面，在压力很大、频率很高的连续打击下，使金属表面产生裂纹，甚至局部产生剥落现象，这就是机械剥蚀作用。在所产生的气泡中还有化学腐蚀作用，在气泡中的氧等活泼气体在借助气泡凝结时所放出的热量，对金属起化学腐蚀。金属在气泡的机械剥蚀和化学腐蚀的共同作用下，加快了损坏速度，发生汽蚀的部位很快就被破坏成蜂窝或海绵状，使泵的性能下降，寿命缩短，直至无法工作。

2 针对汽蚀的破坏，从离心泵发生汽蚀原因中找出抗汽蚀性能的方法

2.1 离心泵的安装高度Hg。

允许吸上真空高度是指泵入口出压力p1可允许达到的最高真空度，其表达式为：

Hs＝（Pa-P1）/ρg

式中Hs-离心泵的允许吸上真空高度；pa-大气压强；ρ-被输送液体的密度。

在下图所示的截面0-0与泵进口附近截面1-1间列柏努利方程：

式中 Hg- 离心泵的允许安装高度；∑Hf0-1-液体从截面0-0到1-1的压头损失。由于贮槽是敞口的，p0为大气压pa，上式可写为

此式可用于计算泵的安装高度。由上式可知，为了提高泵的允许安装高度，应该尽量减小u12/2g和∑Hf0-1。为了减小u12/2g，在同一流量下应选用直径稍大的吸入管路；为了减小∑Hf0-1，应尽量减少阻力元件如弯头、截止阀等，吸入管路也尽可能地短。注意，工厂在泵出厂时给出的Hs是在介质为清水，20℃，大气压为10mH2O时的值。若使用介质条件变化，要对Hs作适当修正。

2.2 采用抗汽蚀材料

当由于使用条件所限，不可能完全避免发生汽蚀时，应采用抗汽蚀材料制造叶轮，以延长叶轮的使用寿命，一般来说，零件表面越光滑，材料强度和韧性越高，硬度和化学稳定性越高，则材料的抗汽蚀性能也越好，实验证明铝铁青铜9～4.2Cr13、稀土合金铸铁和高镍铬合金等材料，比普通铸铁的抗汽蚀能力大得多。不同的材料抗汽蚀能力有十分明显的区别，影响材料抗机械剥蚀能力的因素很多，通常具有高硬度和高弹性的材料抗机械剥蚀的能力较强，国外推荐低碳铬镍合金钢，如13Cr4N作为在汽蚀状态下工作的水力机械材料。某泵站叶轮将原铸钢改换为不锈钢，运行多年未发现其破坏斑痕。铜叶轮比铸铁叶轮抗汽蚀效果好。为防化学腐蚀给叶轮涂层的方法比较常用。非金属涂料采用环氧树脂、尼龙粉、聚胺脂等，但应注意操作工艺，以防止涂层脱落。当今，在流道表面堆焊合金或喷涂合金的方法防止汽蚀破坏有效果，如不锈钢焊条堆焊法、不锈钢镶焊修补法、合金粉末喷焊和高速火焰喷涂。

2.3 采用诱导轮

在离心泵的叶轮前加装诱导轮能提高泵的抗汽蚀性能，解决汽蚀问题，效果很好，而且运行维修方便。当液体流过诱导轮时，诱导轮首先对液体做功。相当于进人后面叶轮的液体起到增压作用，从而提高了压力。虽然增加了电机的部分负荷，但由于电机的功率一般都比较大，所以电机仍能满足要求，勿需更换电机。但在设计制造断面形状诱导轮时必须注意诱导轮的外径、轮毂直径、叶片数、叶片间距、叶片长度、厚度、外圆处的液流角、叶片冲角、以及叶片人口边形状。诱导轮成螺旋形，螺旋外径处的螺旋角较小，内径处的螺旋角较大，以保证螺旋的导程相等。实践表明，如果离心叶轮和诱导轮合装后配合恰当，扬程有所提高，泵的汽蚀少，转数提高，效率也略升。随着人们对诱导轮的认识和设计制造水平的提高，以及使用经验的不断积累，将诱导轮作为提高泵抗汽蚀性能的最有力措施而被广泛应用。

2.4 改进叶轮入口的几何形状

当泵的转速和流量确定后，泵的最小汽蚀余量仅与吸人室和叶轮人口几何形状有关，所以提高水泵抗汽蚀性能主要措施之一是改进叶轮入口的几何形状。采用双吸叶轮，双吸叶轮相当于两个叶轮背靠背地并联工作，采用双吸叶轮的泵的最小汽蚀余量相当于单吸叶轮泵的最小汽蚀余量的0.63倍，这样大大提高了叶轮抗汽蚀性能。采用较低的叶轮人口速度，适当增大叶轮入农机使用口直径，提高了泵的抗汽蚀性能，但必须注意不是叶轮入口速度越低，叶轮入口直径越大越好。因为随人口直径增加后，密封环处间隙面积增大，泄漏量增加，使泵容积效率降低，另一方面，叶轮人口直径增大后，相对地缩短了流道长度，影响水力效率。所以在确定人口直径时，除了要考虑泵的抗汽蚀性能外，还要兼顾泵的效率。增大叶片人口边宽度，可以使叶轮入口相对速度w减小，从而提高泵的抗汽蚀性能。通常是在增大叶片人口边宽度与适当增大叶轮人口直径联合起来考虑，经验表明叶片人口过流面积和叶轮人口面积之比在1.1至2.5范围较好。对分数式多级泵第一级叶轮，一般略为加大叶轮人口直径以减低液体进人叶轮时的流速，提高泵的抗汽蚀性能，而其他各级叶轮由于已有一定的吸人压力，故就尽量减小叶轮人口直径，提高泵的效率。

2.5 修整叶片头部

修整叶片头部对降低叶片进ISl的水流速度，减小叶轮进口排挤，提高泵的抗汽蚀能力是有效的。试验结果是将叶片头部背面修薄，在靠近叶轮前盖板处也修薄一些，不仅延长了叶轮使用寿命，还发现汽蚀余量下降0.5左右。人们在如何提高离心水泵抗汽蚀性能上，不断探索总结经验，为了提高泵的制造质量，泵的重要零件开始用数控机床加工，有些为了实现泵的技术创新与发展，采用了优化设计方法和复合技术。随着先进技术的研发，在提高离心泵抗汽蚀性能试验研究上还会有重大突破。

[1]离心泵设计基础，机械出版社出版.

[2]吴醒凡，现代泵技术手册，北京宇航出版社，1995.

[3]泵的汽蚀，中国水网，2006.