離心泵汽蝕現象分析及防汽蝕措施

劉行 王璽

摘 要：本文將借助離心泵葉輪當中汽蝕兩相流基本理論，對離心泵出現汽蝕的原因進行分析，并且探討離心泵出現汽蝕會造成怎樣的危害。借助研究汽蝕參數，總結出了導致汽蝕發生的臨界條件，進而提出能夠有效控制離心泵抗汽蝕能力的方法。

關鍵詞：離心泵;汽蝕理論;控制方法;抗汽蝕能力;臨界條件

在電力生產當中，離心泵直接決定著電力生產能否正常運作。衡量離心泵技術水準的時候，通常需要考慮效率指標以及汽蝕余量這兩個重要的參數。汽蝕余量和效率指標之間互相關聯，但是又互相矛盾，如果效率指標太高，那么汽蝕余量就會減少。如果一味的追求效率指標，就會使得汽蝕余量指標受到損失，因此需要開展深入的研究，通過針對性的方法防止汽蝕情況出現。

1、汽蝕原理

汽蝕指的是液體在流動的時候會產生氣泡，并且氣泡之后會破裂這一整個過程，氣泡從產生到破裂這段時間非常短，并且過程非常復雜。液體在離心泵里面流動的時候，離心泵里面不同位置的壓強有所區別。如果流體的速度提升，那么流體的靜壓力會減少，雖然外界沒有輸入熱量，但是流體已經到達了氣化壓力，那么這點就會氣化，氣化會導致許多氣泡生成，氣泡里面有許多液體蒸氣和容易溶于液體的氣體。被氣化的液體里面的氧氣會被析出，隨后氧氣會進入到蒸汽里面，氣泡和液體共同到達高壓區域，與此同時，流體的靜壓力也會變得更高，如果流體的靜壓力比氣化壓力更大，那么氣泡就會馬上破裂，旁邊的液體也會迅速把原來氣泡的空洞所填充，從而造成了非常大的冷凝沖擊，在冷凝沖擊的作用之下，蒸汽又會變成液體，從而使得氣泡消除。這一過程當中液體就像許多個微小的鐵錘敲打金屬表面，使得金屬表面被侵蝕。

2、水泵汽蝕的原因

水溫會直接決定水的飽和蒸汽壓力。如果離心泵當中的最低壓力比當前溫度的飽和蒸汽壓力更高，水在離心泵當中就不會產生氣泡，水泵也不會出現汽蝕現象。但是因為水泵安裝比較高，在設計工況之下開展，頁面進口的背部會產生低壓區，從而使得葉片背部出現汽蝕現象。如果水泵的流量超出了設計流量，那么葉輪進口的相對速度方向不會按照設計方向進行，共夾角越來越大，葉片前面正部分會出現漩渦以及脫硫，從而導致負壓產生，還有可能出現汽化使得葉片正面出現汽蝕現象。如果水泵流量比設計流量小，那么葉輪進口的水流方向會合設計方向相反，夾角就會變小，葉片進口的背面就會出現漩渦，從而導致低壓區的產生，這會使得葉片背面出現汽蝕現象。離心泵里面的水流如果經過驟然小小的區域，此時水流的流速會提高，壓力會減小，也有可能導致汽蝕現象出現。水泵經過離心泵當中質量較差的區域，表面參差不齊，水流會受到這些參差不齊表面的影響而出現漩渦，使得某些部分的壓力減小，進而導致汽蝕現象出現。

3、汽蝕的危害

3.1 產生振動以及噪音

離心泵出現汽蝕的時候，氣泡到達高壓區，氣泡便會縮小并且破碎，氣泡附近的液體會迅速把氣泡當中的孔洞填滿，從而出現強烈的水力沖擊，進而使得噪聲以及振動產生。有關結果表明，汽蝕所產生的振動頻率在700赫茲到24，000赫茲之間，倘若振動所產生的頻率和裝置固有的頻率相同，就會導致振動變得更加劇烈。因為氣泡破碎，液體微粒會和液體微粒之間撞擊，液體微粒也會和管道之間進行撞擊，從而使得不同頻率的噪聲出現，如果汽蝕特別嚴重，還會導致離心泵出現振動以及噪音問題，這些問題都會使得離心泵的正常工作受到影響。

3.2 離心泵的性能下降

離心泵當中剛開始發生汽蝕的時候，離心泵的性能參數不會有太大的變化，并且也不會影響到離心泵的外在，如果汽蝕現象長期出現就會使得離心泵當中的工作元件受到損壞。如果汽蝕發展到一定階段，出現了許多氣泡，并且這些氣泡在離心泵當中破碎，會把液體流動的管道堵塞，從而使得離心泵當中的液體流動不夠連續，離心泵的效率嚴重受到影響，甚至還會使得離心泵吸取液體的時候受到阻礙。

3.3 過流部件的汽蝕破壞

金屬表面如果有氣泡破碎，那么氣泡破碎所產生的微小水滴會猛烈撞擊金屬表面，金屬表面就會變成海綿形狀，甚至還會產生空洞。其實不僅通過物理反應進行破壞，其中還有化學反應等等，這些反應都會使得材料受到損壞。

4、避免汽蝕出現的有效方法

4.1 設置恰當的吸入高度

在進行設計的時候，把所吸收液體表面位置提高，或者把離心泵的安裝位置降低，從而使得NPSH數值提升。對于吸取裝置，可以借助真空罐引水吸程避免汽蝕現象的出現，這種方法雖然需要公司投入一定的資金，但是操作的時候比較方便，并且非常實用。對于倒灌裝置，如果離心泵的安裝高度不能改變，可以把吸入設備的高度進行調整，從而使得汽蝕余量增多。

4.2 減小泵吸入口水力損失

應當盡可能的降低吸入口水力損失，把液體的飽和蒸氣壓減小，設計吸入管道的時候應該盡可能的把離心泵吸入口變得更粗，從而使得管道當中液體的流速減小，把管道長度減少，并且減少管道閥門數目使得離心泵吸入口水力損失減少，進而使得離心泵的有效汽蝕余量得到提升。

4.3 合理的管道布置

為了避免汽蝕出現，管道當中應該盡量避免出現多重彎道，并且管道需要有足夠的坡度。對于吸取裝備，離心泵的入口處可以使用頂平相連。對于倒灌裝置而言，離心泵入口的地方偏心異徑管可以使用底平相連。

4.4 增加離心泵的吸入壓力

可以提升離心泵入口處的吸入壓力，從而使得有效汽蝕余量得到提升。在運作的時候，需要確保前置泵能夠正常的運作，從而使得離心泵的入口壓力得到提升，有效汽蝕余量也獲得增多。

4.5 提高離心泵本身抗汽蝕性能的方法

第一，可以把離心泵的吸入口到葉輪之間的結構設計進行完善。把液體流動的面積提升，并且把葉輪蓋板進口段的曲率半徑提高，使得液體在離心泵當中流動不會突然加快。盡可能的讓葉片進口位置以及葉輪更加光滑，從而使得阻力有效減少。把葉片進口側朝著葉輪進口方向延伸，流動的液體能夠提前被做功，從而使得壓力有效提升。第二，使用前置誘導輪，如此便能使得前置誘導輪當中的液體預先做功，液體流動壓力也能獲得提升。第三，使用雙吸葉輪，使得液體能夠從葉輪的兩旁流動到葉輪當中，如此便能使得進口橫截面積大大增加，液體的流動速度被有效降低。第四，使用的正沖角可以稍微大一點，從而使得葉片進口角變得更大，葉片進口部位的彎曲程度得到降低，葉片阻塞也會得到降低，進口面積會變得更大。把大流量之下的工作條件進行改進，從而避免液體在流動的時候有所損失。但是，正沖角不能太大，不然會使得離心泵的使用效率受到影響。第六，建造離心泵的時候可以使用抗汽蝕材料。有關研究表明，建造離心泵的材料如果有更好的化學穩定性，并且擁有更高的韌性，會使得制造出來的離心泵擁有更好的抗汽蝕能力。

結束語：總而言之，為了防止汽蝕現象出現，應當重視如下幾點。離心泵的安裝高度需要比離心泵的吸入高度更低。離心泵在運行的時候需要確保離線泵里面有足夠的液體，防止在運行的時候離心泵入口處液體壓力突然下降而造成汽蝕出現。提升離心泵抗汽蝕性能的方法有許多，但是在實際使用的過程當中，需要從實際情況出發，對離心泵出現汽蝕現象的原因進行分析，從而徹底解決離心泵的汽蝕問題。

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