離心泵汽蝕及防止方法探討

摘 要：離心泵技術(shù)已經(jīng)在一些社會的實際操作領(lǐng)域得到廣泛的運用，而且發(fā)揮著重要的性能。除了一些常見的離心泵障礙之外，離心泵最常見的障礙就是汽蝕。對汽蝕這個問題的研究已經(jīng)持續(xù)了大半個世紀(jì)，但是人有很多的未知空間，汽蝕不僅會導(dǎo)致水泵的性能大大降低，流量減小，壓力損失加大，能耗增加，同時葉輪及葉片的使用壽命也會大大降低，嚴(yán)重的影響著泵站效益。這恰恰說明了對汽蝕問題研究的重要性。文章就離心泵的工作原理，離心泵汽蝕產(chǎn)生的原因以及應(yīng)對的辦法進行一個淺要的論述。

關(guān)鍵詞：離心泵；汽蝕；應(yīng)對辦法

1 離心泵工作原理

離心泵是原動機通過泵軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，對液體做工使其能量增加。從而使要求數(shù)量的液體從吸入池經(jīng)泵的過流部分，輸送到要求的高度或要求有壓力的地方。當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)動把機械能傳遞給液體時離心泵開始工作。由于葉輪高速運轉(zhuǎn)，泵中的液體在高速運轉(zhuǎn)的葉輪的帶動下產(chǎn)生慣性，由于高速的圓周運動當(dāng)液體被甩出，這個就是離心現(xiàn)象。離心泵的物理原理來源就是離心運動，最終達到運輸?shù)哪康摹?/p>

離心泵的主要用途是輸送液體，這里的液體包括不同性質(zhì)的液體比如水、石油、化工產(chǎn)品等。離心泵憑借其排污能力強、高效節(jié)能、性能好等優(yōu)點在生產(chǎn)工程中的應(yīng)用也越來越廣泛。不僅在城市供暖、消防、化工、燃料印染等企業(yè)中適用，而且在廣泛應(yīng)用在石油、礦山等工業(yè)中，用于輸送不同性質(zhì)的液體。

2 離心泵產(chǎn)生汽蝕的原因

離心泵在使用過程中還會出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，這是離心泵在運作過程中最重要也是最常見的問題之一，這一問題使離心泵的性能大大降低，甚至對泵的安全和經(jīng)濟的正常運作都有很大的破壞作用，而引起離心泵汽蝕的原因不是唯一的，離心泵發(fā)生汽蝕是由于液道入口附近某些局部低壓區(qū)處的壓力降低到液體飽和蒸汽壓，導(dǎo)致部分液體汽化所致。目前，學(xué)界對汽蝕的這一問題的認(rèn)識還有待進一步的探索。由于泵工作的管道設(shè)計和實際運作情況在不同的實際情況中有不同程度的差異，如果再加上外部因素如氣壓、溫度、介質(zhì)等復(fù)雜的變化，汽蝕的情況很有可能會更加嚴(yán)重。

離心泵汽蝕的產(chǎn)生原因是在其高速運轉(zhuǎn)過程中葉輪是高速運轉(zhuǎn)的，在高速旋轉(zhuǎn)時其周圍就會形成低壓空氣，當(dāng)外界壓強一定也就是處于正常值時，由于壓強差的作用，貯槽內(nèi)的液體就會自動的由高壓區(qū)向低壓區(qū)經(jīng)過泵吸口流進泵內(nèi)，在小于該處溫度下被輸進液體的飽和蒸氣壓時液體在葉輪入口處就會氣化，同時溶解在該液體中的氣體也逸出，形成大量小氣泡，當(dāng)氣泡凝結(jié)使液體發(fā)生撞擊泵內(nèi)部的一部分壓力就會突然增高，這樣液體正常的流動受到阻礙。液體在泵的內(nèi)部猛烈而且高頻率的發(fā)生撞擊再加上氣體凝結(jié)釋放的熱量無疑為金屬的剝落提供了條件，由于高速運作容易產(chǎn)生高溫，這還會催化空氣中一些活躍的氣體或者液體中的某些元素與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。上述這個過程：由液體氣化到凝結(jié)形成再到高頻沖擊負(fù)荷，造成金屬材料的機械剝落和電化學(xué)腐蝕的綜合現(xiàn)象統(tǒng)稱為“汽蝕現(xiàn)象”。

3 離心泵汽蝕防治方法國內(nèi)外研究和實際應(yīng)用現(xiàn)狀

汽蝕現(xiàn)象最早提出是在十九世紀(jì)末期，二十世紀(jì)初對汽蝕的研究還停留在表面，尚未深入探究其原理。二戰(zhàn)后由于戰(zhàn)爭中水下武器的發(fā)展，對泵的汽蝕現(xiàn)象就更加重視了，當(dāng)人類的科學(xué)觸角發(fā)展到宇宙空間的時候，汽蝕問題的研究就變得更加迫切和尖銳。大半個世紀(jì)過去了，隨著對汽蝕現(xiàn)象問題的不斷探究和挖掘，關(guān)于汽蝕研究的資料文獻也浩如煙海，迄今為止關(guān)于離心泵的汽蝕問題眾多的相關(guān)人士已經(jīng)有了相當(dāng)一部分的研究成果，甚至這一現(xiàn)象已經(jīng)被歸為水動力學(xué)的一個分支。在學(xué)界也不乏這方面的書籍、著作，雖然碩果累累，但是，對于汽蝕問題的認(rèn)識和研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在這條路上我們還需要不斷的努力探索、深化發(fā)展。現(xiàn)在我們的成果還算不錯，可以以現(xiàn)階段的研究成果為基礎(chǔ)繼續(xù)參考各方面的技術(shù)來進行突破式的研究。

自從二十世紀(jì)三十年代以來，人們在不斷的探索中逐漸發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識到液體中的雜質(zhì)的多少對汽蝕發(fā)生的機理影響最大，所謂雜質(zhì)，是指液體中含有可溶和不可溶氣體，以及如灰塵之類的固體質(zhì)點。一方面，當(dāng)液體中所含的雜質(zhì)比較多的時候就難以避免的會影響到液體的均勻性，也就是說當(dāng)夜體的均勻性受到影響時液體就容易發(fā)生斷裂。另一方面，雜質(zhì)的含量多像灰塵等固體的雜質(zhì)在液體中凝結(jié)在一起時，一般情況下就會有空氣進入灰塵間的縫隙中，經(jīng)過一定的過程就會形成“汽蝕核子”。“汽蝕核子”體積雖小卻可以嚴(yán)重影響到泵裝置的特性和泵本身的結(jié)構(gòu)。而上述理論中不乏對汽蝕原理的猜想和假設(shè)，除此以外還有人猜想有核子的存在，也有不少文獻支持微細(xì)射流的說法。另外現(xiàn)在學(xué)界還普遍認(rèn)為關(guān)于汽蝕原理方面的基礎(chǔ)研究是最為重要的。因為只有把汽蝕現(xiàn)象的本質(zhì)研究透徹了才會有更深層次的進步，只有從最基礎(chǔ)的研究著手才能為解決和控制這個問題做鋪墊。

4 離心泵汽蝕現(xiàn)象防止方法

4.1 改進泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計

改變離心泵的性能可以從以下幾個方面入手：

4.1.1 為了使葉輪進口流速減小，可以適當(dāng)?shù)脑龃笕~輪入口直徑；或者通過增大葉輪葉片入口邊框度，使葉輪入口處液體的相對速度減小。但是葉輪入口直徑和葉輪葉片入口邊框度并非越大越好，二者取值過大時，NPSHr反而會增加。

4.1.2 采用雙吸葉輪，增大葉輪入口面積，使流經(jīng)葉輪的每一側(cè)流量減小。

4.1.3 適當(dāng)增加葉輪蓋板進口段的曲率半徑，提高葉輪和頁面進口部分的光潔度，增大葉片進口角，并采用正沖角，以達到使介質(zhì)流動更加平穩(wěn)，降低流動損失。

4.1.4 通過對介質(zhì)進行預(yù)增壓，使離心泵安裝誘導(dǎo)輪，可顯著降低NPSHr。

4.2 提高裝置有效汽蝕余量

在設(shè)計離心泵裝置時，應(yīng)該盡可能的優(yōu)化，提稿泵吸入口的有效汽蝕余量NPSHa：

4.2.1 適當(dāng)增大泵吸入管路的直徑，降低管路內(nèi)表面的粗糙度，減少不必要的彎頭等。盡量減少泵入口段的管路損失。

4.2.2 增大泵吸入儲罐介質(zhì)壓力，來提高NPSHa。

4.2.3 當(dāng)裝置所能提供的NPSHa不能滿足泵要求時，可以選擇合適的泵型如筒袋泵，來降低泵的安裝高度，提高泵吸入口處的壓力。

4.3 使用抗汽蝕材料

采用抗汽蝕性能良好的材料來制造葉輪，不僅能夠延長葉輪使用壽命，而且能夠有效地避免汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，實踐證明，材料的化學(xué)性能越穩(wěn)定，材料的抗汽蝕性能也就越好。

4.4 加強對泵的操作管理

不當(dāng)?shù)牟僮饕矔T發(fā)離心泵的汽蝕，因此在離心泵的過程中要注意對泵的操作：

4.4.1 保證離心泵在允許工作區(qū)內(nèi)工作。當(dāng)離心泵工作流量過大，則會導(dǎo)致NPSHr>NPSHa，從而產(chǎn)生汽蝕，當(dāng)工作流量低于最小連續(xù)穩(wěn)定流量時，輪盤和介質(zhì)之間的摩擦熱以及其他熱量不能及時排出，介質(zhì)飽和蒸汽壓P0會升高，會導(dǎo)致汽蝕現(xiàn)象。

4.4.2 入口節(jié)流會增大入口壓力損失，降低NPSHa，因此必須避免使用入口節(jié)流的方法的來調(diào)節(jié)泵的流量。

4.4.3 泵關(guān)閥啟動的時間不能過長。時間過長，機械損失等產(chǎn)生的熱量使得介質(zhì)溫度升高，從而導(dǎo)致歧視現(xiàn)象的發(fā)生。

4.4.4 對于變速調(diào)節(jié)的泵，應(yīng)避免泵的轉(zhuǎn)速過高。

5 結(jié)束語

汽蝕是影響離心泵運行和使用壽命的重要因素，因此無論是在離心泵的選用上，還是在實際的使用過程中，都應(yīng)注意汽蝕所帶來的影響。從而采取適當(dāng)?shù)拇胧鶕?jù)其機理，可以有效地降低或避免汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。本文在介紹汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并針對此問題展開汽蝕現(xiàn)象防止方法的討論。

參考文獻

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