关于离心泵汽蚀的防止措施讨论

刘霖

摘 要：离心泵汽蚀是造成水泵运行不稳，甚至造成工艺中断及设备损坏的原因之一，为防止离心泵发生汽蚀，参考有关专业资料、运行规程，相关数据和运行规程，结合实际情况编写本预防措施。

关键词：离心泵 汽蚀 措施

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0068-01

1 离心泵汽蚀定义

汽蚀又称为空蚀，离心泵通过叶轮的旋转对液体做功，使液体能量增加，在此过程中，液体的速度和压力是变化的。离心泵入口处是压力最低的地方，加上液体流入叶片时的压降和损失，叶轮的叶片进口处通常是压力最低区域。如果这个区域的液体压力等于或低于该温度下液体的汽化压力pv就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量逸出，形成许多蒸汽与气体混合的汽泡，这些小汽泡随液体流动到高压区域时，由于汽泡内部始终是汽化压力pv，而汽泡周围液体的压力却是很大的，因而这些小气泡内外便产生了压力差。在这个压力差的作用下，汽泡受压而破裂重新凝结。在凝结过程中，液体的质点便从四面八方向汽泡中心加速运动，就在这凝结的瞬间，无数小质点相互撞击，产生很高的局部压力。如果这些小汽泡在金属表面附近破裂而凝结，则液体质点就像无数个小弹头一样，连续不断的打击金属表面，压力很大（可达数百兆帕）、频率很高（每秒钟达2万多次）且集中作用在极微小的面积上。这种现象反复发生并长期继续下去，就使材料表面遭到严重的侵蚀破坏，通常把这种破坏称为汽蚀。在所产生的汽泡中，还夹杂一些活泼的气体（如氧气等），这些活泼的气体借助于汽泡凝结时所放出的热量，对金属还起化学腐蚀作用。在化学腐蚀和机械腐蚀的共同作用下，更加快了金属损坏的速度，这种现象叫做汽蚀破坏现象。

在液体中，汽泡的产生及消失也就是液体中汽蚀现象的产生过程。离心泵开始发生汽蚀时，汽蚀区域较小，是局部的，对离心泵的正常工作没有明显影响，在离心泵的性能曲线上也没有明显的反映，称为潜伏汽蚀。当汽蚀发展到一定程度，汽泡大量产生，影响液体的正常流动，破坏了液流的连续性而阻塞流道，增大了流动阻力，甚至造成流液中断，发生震动和噪音，使离心泵的流量、扬程和效率明显下降。

2 离心泵的汽蚀的危害

水击是汽蚀现象的主要特征，局部压力高达30 MPa（测压面积为1.5 mm2）。曾测得发生液体汽蚀时水击的频率有25000次/每秒钟，金属表面在水击的反复敲击下，受到疲劳损坏。并且，在连续的周期性的压力波作用下，液体很快就渗入和流出金属的孔隙，金属表面出现麻坑或剥蚀，金属质点脱离母体而被液体带走，产生严重的点蚀现象。泵的零件在这样大的周期性作用力下，将引起泵的噪音和振动；另一方面由于水的汽化，水中会分离出氧气，对金属部件产生氧化腐蚀，所以汽蚀对泵的危害很大，主要表现在下述几个方面。

2.1 扬程、功率和效率明显下降

离心泵运行时，如果发生汽蚀，则因液体中含有汽泡，其扬程略有降低。但在开始产生汽蚀时，因叶片表面上有一层液体蒸汽覆盖着，叶片好像更光滑了，故泵效率反而有所提高。当汽蚀现象继续扩展，汽泡大量产生，最后造成脱流现象，这时水泵的扬程、功率及效率会迅速下降，如图1所示。尤其对低比转数的离心泵更为明显。因为低比转数的泵，其叶轮过水断面较狭窄，故脱流一旦发生就会布满全部叶片，因此其扬程、功率及效率均迅速下降。

2.2 泵产生振动和噪音

发生汽蚀时，伴随着气泡在压力较高处连续不断溃灭，液体质点互相撞击，产生强烈的水力冲击，也撞击金属表面，产生各种频率的噪声，严重时可听见泵内有“劈啪”的爆炸声，同时引起机组振动。

2.3 破坏过流部件

因机械剥蚀和电化学腐蚀的作用，使金属材料发生破坏，通常受汽蚀破坏的部位多在叶轮出口附近和排液孔进口附近。汽蚀初期，表现为金属表面出现麻点，继而表面呈现海绵状、沟槽状、蜂窝状、鱼鳞状等痕迹；严重时可造成叶片或前后盖板穿孔，甚至叶轮破裂，酿成严重生产事故。

3 离心泵的汽蚀的防止措施

要避免汽蚀，就要防止液体在泵内产生汽泡，使离心泵流道内的各处压力均大于当时水温下的汽化压力pv。所以离心泵内是否会发生严重的汽蚀，一方面取决于泵本身特别是叶轮设计和制造的好坏；另一方面也取决于对泵的进水管道布置和安装是否合理。现分别叙述如下。

3.1 改进离心泵叶轮的几何尺寸

（1）加大离心泵叶轮入口直径。增大叶轮入口直径，即降低叶轮入口速度，可以提高泵的抗汽蚀性能。特别是对低比转数（ns≤100）的离心泵，其效果尤为显著。

（2）加大离心泵叶轮叶片进口边的宽度。增大宽度，可以使叶轮入口相对速度减小，亦可提高泵的抗汽蚀性能。对低比转速（ns≤100）的泵的效果明显。

（3）采用双吸叶轮。因为双吸叶轮相当于两个叶轮背靠背地并联运行，这就降低了叶轮入口速度，从而可提高离心泵的抗汽蚀性能。

（4）使叶轮叶片入口边向叶轮吸入口方向延伸。这种方法有利于提高泵的抗汽蚀性能。但对低比转数泵的叶轮来说，要考虑由于叶轮入口叶片排挤而造成的压力损失。

（5）加大叶轮前盖板的弯曲半径。由实验知，这样不但能推迟汽蚀的发生，而且能保证外部特性不变，有利于提高泵的汽蚀性能。

实验结果表明，为了提高叶轮抗汽蚀性能，主要是采取减少叶轮叶片数，减薄叶片进口厚度，加宽叶轮进口流道，叶片向叶轮入口方向延伸等措施。采取这些措施的目的是加大叶轮入口及其流道的流通面积，从而减小液体进入叶轮后的流速，降低流体阻力，避免过大的压降。

3.2 减小离心泵吸入管路的压力损失

减小吸入管路压力损失的措施有：采用最短的吸入管路；减少不必要的管道附件，如弯头、阀门等；减小管内流速等。

3.3 加强对离心泵的检查，提高操作技能

（1）检查离心泵管路及结合处有无松动现象。盘动离心泵，试看离心泵是否灵活。有无卡涩。

（2）检查轴承润滑机油，观察油位应在油标的中心线处，润滑油应及时更换或补充。

（3）点动电机，试看电机转向是否正确。

（4）开动电机，当离心泵正常运转后，打开出口压力表和进口真空泵视其显示出适当压力后，逐渐打开闸阀，同时检查电机负荷情况。

（5）尽量控制离心泵的流量和扬程在标牌上注明的范围内，以保证离心泵在最高效率点运转，才能获得最大的节能效果。

（6）离心泵在运行过程中，时刻监测轴承温度，最高温度不得超过75 ℃。

（7）如发现泵有异常声音应立即停车检查原因。

（8）经常调整填料压盖，保证填料室内的滴漏情况正常（以成滴漏出为宜）。

（9）定期检查轴套的磨损情况，磨损较大后应及时更换。

（10）离心泵在寒冬季节使用时，停车后，需将泵体下部放水螺塞拧开将介质放净，防止冻裂。

（11）离心泵长期停用，需将泵全部拆开，擦干水分，将转动部位及结合处涂以油脂装好，妥善保管。

参考文献

[1] 邵和春.汽轮机运行[M].中国电力出版社，2012.

[2] 耿宝林.汽轮机技术问答[Z].石家庄自动化技术公司，1991.

[3] 刘爱忠.汽轮机设备及运行[M].北京：中国电力出版社，2003.

[4] 王国清.汽轮机设备运行技术问答[M].北京：中国电力出版社，2004.