离心泵的气蚀与处理预防

刘健鑫

摘要：离心泵的气蚀现象在实际应用中常有发生，对离心泵的正常运行产生了极大的危害。开展离心泵气蚀现象的研究，在预防气蚀现象发生，提高离心泵的工作效率，延长使用寿命等方面有重要意义。

关键词：离心泵;气蚀;处理对策

离心泵的气蚀现象主要是液体在离心泵中输送时，由于压力的变化而产生气泡，在气泡经过聚积、流动、分裂、溃灭的过程中，使液体对离心泵的部件产生撞击，使金属表面产生剥蚀。

一、气蚀的原理简介

当离心泵运行时，液体压力随着离心泵的入口到叶轮入口不断降低，且压力在叶片入口处降到最低，此后液体的压力由于叶轮对液体做功而快速上升。在一定的输送温度下，当叶轮叶片入口附近的最低压力低于液体的饱和蒸汽压力时，液体就汽化，产生小氣泡。同时，使原来溶解在液体内的气体也逸出，它们不断积聚而形成气泡。气泡在泵内随着液体流动，当气泡到达压力较高的叶道时，气泡内的汽化压力低于外界的压力，此时，蒸汽就会立即凝结，气体也会瞬时重新溶入液体，从而造成局部真空。于是，四周的液体质点就会以极高的速度向真空中心冲来，彼此撞击，形成水锤，使瞬间局部压力高达数十兆帕，当这些气泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数个小弹头一样，连续地打击金属表面。其撞击频率可达20000～30000HZ，经过一段时间后，金属开始产生疲劳，表面开始呈蜂窝状或海绵状。随之应力更加集中，叶片出现裂缝和脱落现象。同时，在水和蜂窝表面间歇接触之下，蜂窝的侧壁与底之间产生电位差，引起电化学腐蚀。像这种液体汽化、凝结、冲击，形成高温、高压、高频冲击负荷，从而使金属材料出现机械剥蚀与电化学腐蚀破坏的综合现象称为气蚀现象。气蚀的发生主要包括以下几个阶段：

（1）气蚀的孕育阶段。气蚀的孕育阶段即气蚀的起始潜伏阶段，在这一阶段中，气泡发展得不多，叶轮和端盖部件表面产生了少量的塑性变形，但离心泵的性能参数无显著变化。（2）气蚀上升阶段。随着气蚀的发展，气蚀现象逐渐增加，气蚀的速率也在不断加快。在孕育阶段的基础上，发生气蚀的部位更容易吸收较多的冲击能量，从而快速增加了材料的表面的冲击和失重率。在气蚀上升阶段，气蚀孔坑几乎布满整个气蚀部位表面。（3）气蚀稳定阶段。气蚀速率不断增加，经过一定的时间达到一个最大值，此后一段时期气蚀的速率保持恒定不变，这一阶段也称为气蚀率恒定阶段。（4）下降阶段。在下降阶段，气蚀的速率快速降低或出现不同程度的浮动。由于经过前几个阶段的发展，受气蚀材料的表面初步形成孤立的深坑，随后出现更严重的剥蚀甚至穿孔，使离心泵无法正常工作。

二、离心泵气蚀的主要因素

（一）离心泵自身因素

一是泵壳及叶轮的结构形状。泵进口的结构参数，叶轮吸入口的形状、叶片入口边宽度等对气蚀的产生都有很大的影响。二是离心泵自身材料的影响。离心泵自身材料存在缺陷、耐气蚀性较差、表面粗糙度等处理工艺达不到所需的硬度和强度要求。

（二）工作时外部因素

一是外部环境。离心泵工作时的大气压力以及输送液体的温度对气蚀的产生有很大的影响。有实验研究表明，离心泵在低负压状态下工作，泵的气蚀是不可避免的;此外，在流体中，温度的改变影响着气蚀的物理性质，液体本身的性质和状态对于气蚀的发生有很大关系。

（三）输送介质的影响

输送不同的介质对气蚀现象产生不同的影响。对于易挥发介质和轻质介质，当温度发生变化时很容易受到比较大的影响，因此，此类介质在输送的时候，离心泵部件发生气蚀的可能性更大。

（四）操作管理不规范

人为的操作和管理对离心泵的气蚀同样重要。一是离心泵在启动前泵体和管道必须充满介质;二是安装离心泵时，密封性达不到要求等，均对离心泵的气蚀产生影响。

三、离心泵气蚀的处理及预防改进

（一）气蚀的处理

1.处理泵本身

在气蚀现象发生时，应根据出现的振动、噪音等现象进行仔细检查。通过降低泵的转速、排量，并根据需要，对泵进行拆检，仔细检查泵内部叶轮和端盖的气蚀情况，并根据离心泵气蚀的轻重采取相应措施。

2.处理输送管系

除了检查泵本身外，还要仔细检查泵进口管路、各阀门等气密性;检查泵出口、管路、滤器等管系情况。

3.处理输送介质

在气蚀发生时，可调整泵前后的液位、介质的温度及压力等参数，从而减少气蚀现象的发生。

（二）气蚀的预防

1.设计方面

（1）在泵管和叶轮方面，可适当减小叶轮入口与泵入口之间的距离、减少吸人管长度，或者适当增大管径，以便降低管路阻力。

（2）采用双吸叶轮，因两侧压力基本平衡，可降低泵吸入口的真空度，同时能更好满足流量和扬程需要，使泵的转速降低，减少气蚀现象的发生。

（3）减少吸人管路弯头、管路阀门、管道长度，来降低压力损失;采取稳流措施，最大程度保证泵入口介质平稳动流，避免流道内产生涡流，以减缓气蚀现象的产生。

2.制造方面

（1）采用强度和硬度较高、韧性和化学稳定性好的抗气蚀材料来加工叶轮和泵壳。

（2）通过不同的强化处理方法增加材料的耐蚀性。例如：材料渗氮处理、材料的热处理、锻压加工硬化等工艺。

（3）涂抗气蚀材料涂层。例如：热喷涂钻基合金涂层等。

3.使用方面

（1）适当降低输送介质的温度，来减少汽化压力，从而有效的降低气蚀的程度和频率，减小气蚀发生的可能性。

（2）提高离心泵入口压力，减少离心泵工作转速。

四、结语

综上所述，本论文对离心泵的气蚀现象做了综合的分析。为了对离心泵气蚀现象有深刻认识，本文从离心泵自身因素和外部因素人手，分析了离心泵气蚀原理、发生过程，并提出了常规的处理措施。同时，为了预防气蚀现象的产生，从改善泵体结构、强化耐蚀材料等多个方面提出了预防改进方法，从而达到提高离心泵的工作效率，延长使用寿命的目的。

参考文献：

[1]任丹，陈刚，解更存.离心泵气蚀因素分析及解决办法[J].石油化工设备技术，2017，38（05）：14-16+69.

[2]赵先甲.离心泵气蚀对设备性能的影响与改进建议[J].石化技术2016，23（10）：267+270.

[3]李超，白凤雷，李强.离心泵气蚀对设备性能的影响及改进措施[J].冶金动力，2016（02）：47-50.

[4]马玉琴，张发杰，冯思涛.前置轴流叶轮对离心泵汽蚀性能的影响[J].水泵技术，2016（3）：8-13.