离心泵抗气蚀技术的探讨

常 轩， 姚松勤， 常 鑫

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心， 江苏 苏州 215000；2.杭州和利时自动化有限公司， 浙江 杭州 310018）

1 离心泵气蚀机理

离心泵由叶轮体、泵壳体、泵轴结构、轴承、密封环和填料函等构成。离心泵虽然具有结构紧凑，流量范围宽、扬程范围宽、流量均匀、运转平稳、振动小、设备安装费用低维护检修费用较低等优点，但在实际生产中却存在气蚀现象。气蚀是流体动力学、材料学和物理化学的复杂现象。气蚀发生时，使泵体受到损坏，还会出现噪声和振动。当情况严重时，流道的截面会被很多气泡堵塞，使叶轮获得的能量减少，导致泵体不能正常工作[1]。

气蚀是泵体表面与流动的液体发生相对运动所产生的表面损伤，这种情况通常发生在离心泵零部件、水轮机的叶片和船舶的螺旋桨等表面，气蚀时会传递出损害叶轮和泵壳体部件的气泡，加上流动的液体中溶解的微量氧对金属结构进行化学腐蚀的共同作用，在相当一段时间后，能够使其表面出现斑痕和裂缝等等情况，甚至会出现呈海绵状的情况从而逐步从泵体脱落。传统叶轮的叶片和后盖一体结构，叶片出现大面积损伤时无法通过焊补来解决，因此，需要整体更换叶轮，也提高了养护成本。

2 离心泵抗气蚀技术（见表1）

表1 离心泵抗气蚀技术分解

采用优化工艺操作条件是指在工艺条件允许的情况下，改变泵的流量、扬程、转速等操作参数，可以避免气蚀的发生。但由于工艺条件的限制，优化工艺操作条件具有很大的局限性，大部分情况下效果并不怎么显著，故可将该方法作为解决气蚀问题的辅助方法。

采用泵装置结构改进主要有六个技术分支[2]：泵体结构改进、采用双吸叶轮、采用前置诱导轮、采用降温冷却、采用涂层工艺和采用抗气蚀材料。

3 离心泵防气蚀改进方案一（见图1）

离心泵防气蚀改进方案：包括离心泵主体和气蚀预防组件，离心泵主体包括离心泵壳体1 和和配合安装在离心泵壳体1 内的叶轮2，离心泵壳体1 的左端和上端分别开设有与离心泵壳体1 内腔相连通的进液口和出液口；气蚀预防组件配合安装在离心泵主体的左侧，气蚀预防组件包括安装壳体3，安装壳体3的内腔底部配合安装有水平设置的半导体制冷片4，半导体制冷片4 的制冷面朝上设置，且制冷面上均布有竖直设置的导温柱5，半导体制冷片4 的散热面中部连接有散热柱6，散热柱6 的下端伸出安装壳体3。安装壳体3 的左右两端中部配合安装有连接筒7，连接筒7 与安装壳体3 的内腔连通，置于安装壳体3 右端的连接筒7 与离心泵壳体1 的进液口配合连接。散热组件配合安装在安装壳体3 的底部，包括外壳8，外壳8 内设有散热板9 和风扇10，散热板9 水平设置，其顶面中部与散热柱6 的下端固定连接，风扇10置于散热板9 的下方[3]。

离心泵防气蚀改进优点：通过增设气蚀预防组件，采用半导体制冷片的高效制冷效果，有效降低了离心泵进液口的液体温度，起到了预防气蚀现象发生的作用；半导体制冷片的制冷面上采用均匀分布的导温柱，有效提高了降温效果。

4 离心泵防气蚀改进方案二（见图2）

离心泵防气蚀改进方案：包括前盖板104、后盖板108、叶片101、密封环110、轴向连接孔109、出流孔102。离心泵防气蚀改进的特征在于：密封环110与泵盖107 之间存在环形间隙；密封环110 内侧后盖板108 上有若干轴向连接孔109，轴向连接孔109 的数量与叶片101 数量相同，此孔沿着轴线方向自叶轮后盖板108 通向叶片101 前缘中叶展附近；每个叶片有三个出流孔，分别将叶片前缘前盖板处、中叶展处、后盖板处与轴向连通孔相连。离心泵防气蚀改进优点：叶轮出口的高压液体通过后盖板108 与泵盖107的间隙流经密封环110 处的环形间隙，压力得到降低；液体继续经过轴向连接孔109 及出流孔102 从叶轮前缘定量流出。在此流动过程中，伴随着高压液体在叶片101 前缘附近的定量流出带来叶片101 前缘附近流体压力得到提升，进而降低气蚀发生的可能性；另外，叶片101 前缘附近稳定的出流会形成一层液膜可降低气蚀发生时对叶片的破坏。

5 离心泵防气蚀改进方案三

离心泵防气蚀改进方案：泵体1 上侧设置有进水口3，下侧设置有出水口11，左侧设置有冷却装置13，进水口3 上侧设置有滤板2，滤板2 上设置有固定孔4，固定孔4 与进水口3 上的螺纹孔5 相对应；冷却装置13 包括，导温板15，冷却装置13 下侧设置有风机14，泵体1 内设置有叶轮组9，叶轮组9 左侧设置有轴盖16，轴盖16 右侧设置有固定槽，叶轮组9左侧设置有环形凸起17，固定槽与环形凸起17 互相配合；叶轮组9 包括，诱导叶轮12 和双吸叶轮10，叶轮组9 左侧外圈设置有密封圈，泵体1 上设置有与之配合的密封环。

离心泵防气蚀改进优点：对流液进行降温，设有诱导叶轮调节流液压强，有效的降低了气蚀现象的产生；诱导叶轮与双吸叶轮为一体化，结构紧凑，悬臂比不会有多大影响；进水口处设有滤板，较好的保护了泵叶；通过设置密封圈和密封环，较好的提高了泵的密封性。