離心泵的氣蝕現象及改善措施

邢樹立

摘 要：氣蝕是影響設備正常運行的重要因素，所以分析氣蝕產生的原因具有重要作用和意義。文章主要就離心泵氣蝕的現象進行了深入的分析研究，提出了預防措施，解決了離心泵氣蝕的問題。希望可以為相關工作人員提供幫助，僅供參考。

關鍵詞：離心泵；氣蝕；分析；改進

氣蝕又稱空蝕，穴蝕，是因為流體在高速流動下和壓力變化條件下，與流體密切接觸的金屬表面上發生洞穴狀、麻點狀等腐蝕破壞的現象，經常發生在葉片葉端的高速減壓地帶，在此形成腐蝕空穴（如圖1所示），水泵葉輪低壓區的壓力小于飽和蒸汽壓時，水就會大量汽化，同時原先溶解在水中的氣泡也會自動逸出，出現了冷沸現象，形成的氣泡中充滿蒸汽和逸出的氣體。在此形成空穴，空穴在高壓區域被壓破并產生了強烈的沖擊壓力，破壞了金屬表面上的防護膜，從而使腐蝕速度加快，進一步破壞了金屬材料。

1 氣蝕對設備產生的影響

（1）產生噪聲和振動。氣泡破滅時，液體質點會相互撞擊，同時也會撞擊金屬表面，從而產生各種頻率的噪聲，若生成大量氣泡，則可能出現氣縛現象，迫使離心泵停止工作。（2）降低泵的性能。汽蝕產生了巨量的氣泡，堵塞了流道，阻礙了泵內液體的流動連續性，使泵的流量、揚程和效率都明顯下降，造成時間和經濟上的浪費。（3）氣蝕發生的主要原因是葉輪吸入口附近靜壓強低于某值所致。從而造成了該處靜壓強過低，其原因還有如泵的安裝高度超過允許范圍、泵送液體溫度過高等。氣蝕初期，表現為金屬表面出現麻點，繼而表面出現溝槽狀、海綿狀、魚鱗狀等痕跡；嚴重時可造成葉片穿孔、甚至葉輪破裂，釀成嚴重的事故。

2 造成氣蝕的主要原因

流體在高速流動和壓力變化條件下，與流體接觸的金屬表面上發生洞穴狀腐蝕破壞的現象。如果泵內壓力降低到等于或低于液體在當時溫度的汽化壓力，汽化就會發生，產生蒸汽，同時由于壓力降低，溶解在液體中的空氣也會析出，蒸汽和析出的空氣和液體一起形成氣泡，氣泡隨同水流從低壓區流向高壓區，氣泡在高壓作用下迅速液化、破裂，產生局部空穴，液體在壓力作用下迅速填充空穴，產生空穴效應，對周圍產生沖擊力，而這種沖擊力瞬間可達到很高的壓力，頻率極高，會對相關部件產生機械剝蝕，而析出的空氣又能使相關部件產生化學腐蝕，甚至部件被蝕穿，沖擊還會使部件出現疲勞損壞（如圖2所示）。

3 減輕氣蝕破壞的措施

3.1 進水池的觀察。在設備的使用現場中，破渦板是有效阻止漩渦形成的重要方法，首先要查看進水池的流動狀況。如果發現進水口有形成漩渦的可能，我們應該考慮是否用破渦板來阻止漩渦的形成，以此來減輕氣蝕造成的破壞。

3.2 利用引射結構。噴射裝置在原理上相當于液噴射泵。在泵的出口處引出高壓水，然后引到高壓水室內，最后高壓水通過環形噴嘴進入泵的吸入管內。引射裝置的引回流量宜控制在2%-5%之間。經過多次試驗，采用類似方法對100口徑的多級泵進行試驗后，取得了明顯效果。其方法是用1/2的管將平衡盤后的水引至泵進口處，泵系統的裝置汽蝕余量降低了0.5～0.8m。此種裝置相當于射流泵與離心泵串聯在一起的工作方式，對大吸程的泵效果明顯，但一般不適合在役泵的改造。此外還可以通過增加貯槽氣相壓力、增加升壓泵、采用雙吸泵、降低輸送的介質溫度等方法來達到目的。

3.3 調整泵的流量。通過泵的調節閥對水泵的流量進行調節，在水泵的設計選型與實際有一定的偏差時，水泵產生的汽蝕可以通過切削葉輪來加以解決，以達到消除汽蝕、運行可靠的目的，通過實驗證明，這種方法確實可以減少汽蝕對材料表面產生的破壞。

3.4 采用抗氣蝕材料。氣蝕現象的形成不是由腐蝕介質為主要因素引起的均勻腐蝕或局部腐蝕，而是由于高速液體流動產生的空泡，在材料表面反復的爆裂對材料表面產生了高強度疲勞應力造成的。由于使用條件的限制，不可能完全避免發生汽蝕的現象，所以我們應該采用抗汽蝕材料來制造葉輪，來延長葉輪的平均使用壽命，一般來說，材料強度越高，韌性、硬度越大，零件表面越光滑，化學性能越穩定，則材料的抗氣蝕性能也就越好。經試驗驗證稀土合金鑄鐵、鋁鐵青銅9～4.2Cr13、高鎳鉻合金等材料，比一般鑄鐵的抗汽蝕能力大很多。不同的材質對抗汽蝕能力有很大程度的區別，影響材料抗機械剝蝕能力的因素有很多，一般來說具有高硬度和高彈性的材料，抗機械剝蝕的能力越強，國際上推薦低碳鉻鎳合金鋼，如13Cr4N作為在汽蝕狀態下工作的水力機械材料。銅葉輪比鑄鐵葉輪抗汽蝕效果好。為防化學腐蝕給葉輪涂層的方法比較常用。某泵站葉輪將原鑄鋼改換為不銹鋼，運行多年未發現其破壞斑痕。

3.5 提高離心泵本身的抗汽蝕性能。（1）改進葉輪葉片入口至泵的吸入口附近的結構議計，采用前置誘導輪。（2）設計工沉采用稍大的正沖角，采用抗汽蝕的材料，采用雙吸式葉輪。（3）提高進液裝置汽蝕余量的措施，減小泵前吸上裝置的安裝高度并將吸上裝置改為倒罐裝置。（4）增加離心泵前儲液罐中液面上的壓力并減小泵前管路上的流動損失。（5）運行時應保證水泵在額定流量以下運行，避免液體脫離葉片壁。（6）應盡量減小水泵吸水管內的損失。如縮短管的長度，增大管的口徑等，或者適當地關小出口閥門。

4 結束語

對于減輕泵的氣蝕破壞現象有多種方法，有時需要幾種不同的方法同時實施。綜上所述，離心泵的安裝使用過程中，為了盡量避免氣蝕現象的產生，應該遵循的原則：首先水泵安裝的高度不能高于泵的允許吸上高度；其次盡量少使用管件，吸入管路應直而且短，吸入管的直徑應大于吸入口的直徑；最后變徑處不能有氣體積存等，從而有效保護設備。

參考文獻

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