离心泵汽蚀与防治.docx
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离心泵汽蚀与防治
离心泵汽蚀与防治
内容提要：
本文主要根据离心泵运行中存在的汽蚀现象，从理论上探讨，在实践中初探防治措施。
关键词：
离心泵汽蚀汽蚀比较数汽蚀余量防治
一、前言
在现代化工业生产和日常生活中，都离不开液体的输送，其工具主要是利用各种不同型式的机泵及动力设备，将液体从一处送入另一处，或由低处汲至高处，以满足生产和生活的需要。
在机泵类中，离心泵是我们日常最常见的使用机泵，为了确保液体输送的不间断，我们应该严格按照离心泵设备运转操作规程，密切注视设备运转情况，保证正常运行，预防意外事故的发生。
然而，由于机泵设备长时间连续运转，他不可能一劳永逸。
机械磨损，机泵汽蚀等都是运行中一个较为普遍、危害严重的问题。
本文将从理论上探讨离心泵汽蚀现象及防治措施。
离心泵汽蚀会使泵的性能下降，比如泵的扬程下降，输出流量减少，甚至中断输送液体。
离心泵的汽蚀，严重影响着泵的效率，严重时影响安全生产。
汽蚀的祸害还不仅如此，它还会使泵产生噪音和振动，而且使泵的寿命缩短，严重时使泵无法工作，下面将就汽蚀现象及防治措施作简述。
二、离心泵中汽蚀现象与汽蚀破坏
泵通过施转的叶轮对液体做功，使液体能量增加，在相互作用中，液体的速度和压力是变化的。
如果在离心泵叶轮入口处液体压力等于或低于该温度下液体汽化压力（Pv），就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中逸出，形成许多蒸汽与气体混合的小气泡，这些气泡随液体流到高压区时，气泡受压破裂而重新凝结，在凝结瞬间，质点互相撞击形成很多的局部压力，造成水力冲击，这就是汽蚀现象。
在这种压力很大，频率很高的连续水力冲击作用下，金属表面逐渐因疲劳而破坏，即剥蚀即破坏；在所产生的气体中，还杂有一些活泼气体如氧等，借助气泡凝结时的热量，对金属起化学腐蚀作用。
化学腐蚀与机械剥蚀的共同作用，就更加快了金属损坏速度，这就是汽蚀破坏现象，严重时，发生汽蚀的部位很快就被破坏成蜂窝或海绵状。
从初生汽蚀到发展到一定程度时，随着气泡大量产生，就会影响液体的正常流动，甚至造成液流间断，发生震动和噪音，同时泵的流量、扬程和效率明显下降，这在泵性能曲线上也有明显表现。
如图一。
HQ-H
η
NQ-N
Q-η
Q
图一：
泵在发生汽蚀时的性能曲线
正常运转时的性能曲线
-----发生汽蚀时的性能曲线
三、泵的汽蚀性能参数
1、允许吸上真空度[Hs]
离心泵入口的真空通过高时（也就是绝对压力过低时），泵入口的液体就会汽化，产生汽蚀。
泵的允许吸上真空度就是指泵入口处的真空允许数值。
它决定于以下因素：
（1）泵产生了一个吸上高度Hg
（2）克服吸水管水力损失hw
（3）在泵入口造成适应流速Vs
永公式表达就是：
（式一）
三个因素中，吸上高度Hg是主要的。
Hs主要由Hg大力来决定的。
当Hg增加到泵因汽蚀不能工作的工况的真空度也就是泵的最大吸上真空度Hsmax，为保证运行时不产生汽蚀，应留0.5米的安全量（机械标准规定）。
即[Hs]=Hsmax-0.5（式二）
[Hs]称为允许吸上真空度，它标注于泵样本或说明书上。
安装水泵时应根据式一求出吸上高度Hg（或称几何安装高度），这是主要目的。
在离心泵的工作范围内，允许吸上真空度[Hs]是随流量变化的。
如图二。
一般来说，随流量增加[Hs]是下降的。
所以在决定水泵允许安装高度[Hg]时，应根据离心泵运转时可能出现的最大流量对应的[Hs]来进行计算，以保证泵在大流量工况下运行时不发生汽蚀。
η
[Hs]Q-H
NQ-NQ-[Hs]
Q-η
Q
工作范围
图二：
Q与[Hs]的关系曲线
必须指出样本上的[Hs]是泵在标准状态下，能安全部汽蚀工作所允许的最大吸上真空度，实际应用中按式三进行修态。
[Hs]，=[Hs]-10+HA，-（Hv，-0.24）（式三）
式中：
[Hs]为样本中给出的吸上真空度（m）
[Hs]，为泵安装现场状态下吸上真空度（m）
[HA，]为泵安装现场状态下的大气压头（m）
[Hv，]为泵输送液温下的汽化压力（m）
附表一
海拔（米）
0
200
300
500
700
900
1500
3000
HA，（米）
10.3
10.1
10
9.7
9.5
9.3
8.6
7.2
附表二
水温（℃）
20
30
40
50
60
70
80
90
Hv，（米）
0.24
0.43
0.75
1.25
2.02
3.17
4.84
7.14
2、汽蚀余量△h
汽蚀余量△h是指泵入口处单位重量的液体所具有的超过汽化压力的富余能量。
如果叶轮头部处压力降低到是时温度下的液体汽化压力时，液体发生汽化，泵产生汽蚀。
这时泵入口处的汽蚀余量成为最小汽蚀余量△hmin，它对汽蚀来说并没有“富余”之意，所以为了使泵不发生汽蚀，就必须使泵入口处的汽蚀余量[△h]大于△hmin，即加0.5米安全量（机械标准规定）。
[△h]=△hmin+0.5（式四）
[△h]称为泵的允许汽蚀余量，它与叶轮入口形状、转数、流量等有关，而与汽化压力（Pv），液面压力（Pa）等无关。
汽蚀余量由厂家根据实验得出。
泵入口处实际汽蚀余量成为装置汽蚀余量△h
（式五）
即泵的装置汽蚀余量△h与液面压力、液体汽化压力、安装高度，管路损失有关。
要使泵不产生汽蚀，△h必须大于[△h]。
如泵样本中只标注[△h]，则仍可根据[△h]算出泵的允许几何安装高度[Hg]。
（式六）
如泵从密闭容器内抽出液体，而且容器内液面压力是液体汽化压力即Pa=Pv时。
=-[△h]-hw（式七）
负的
说明泵必须安装于容器之下，利用倒灌造成水泵入口必要压头，如图三。
Pa=Pv
-[Hg]
图三：
泵的倒灌高度
3、汽蚀比转数C
汽蚀比转数是一即能评价泵的汽蚀性能而又与泵的设计参数有联系的综合性参数。
把它作为比较泵汽蚀性能和造样模型泵的依据。
（式八）
式中：
n转速r/minQ流量（m³/s）
△hmin最小汽蚀余量（m）
这些参数都要用额定值，也就是效率最大时的值来计算C值。
由此可知：
C值越大说明泵的汽蚀性能越好，反之C值越小，泵的汽蚀性能越差。
四、提高离心泵抗汽蚀性能的措施
（一）在离心泵基础设计中改善泵的汽蚀性能
1、改进叶轮入口的几何形状
泵允许汽蚀余量[△h]与叶轮入口形状，转速流量有关。
（式四分析表明）。
当泵转速和流量确定后，改进叶轮入口的几何形状是提高水泵抗汽蚀性能的主要措施之一。
（1）采用双吸叶轮。
双吸叶轮相当于两个叶轮背靠背并联工作，由式八，C、n、Q相同的两台泵采用双吸叶轮泵的△hmin相当于单吸叶轮泵的△hmin的0.63倍。
（2）采用较低的叶轮入口速度。
主要是通过增大叶轮入口直径来达到的，但要兼顾考虑泵的汽蚀性能与效率。
（3）增大叶片入口边宽度和适当选择叶片数与冲角等可以改善泵的汽蚀性能。
2、采用抗汽蚀材料
一般来说，通常具有高硬度和高弹性的材料抗汽蚀剥蚀能力较强。
国外推荐低碳铬镍合金钢如13Cr4Ni，抗汽蚀性能较好，价格昂贵，近年国内如湖北机械研究院研制成的合金铸铁，抗剥蚀和磨蚀性能较好，且价格接近普通铸铁，对作大量使用的清水泵叶轮材料较合适。
3、采用诱导轮提高泵的抗汽蚀性能
诱导轮离心泵的研究和应用开展较早，并已积累了一定设计经验，国外并有关于诱导轮的计算程序和设计准则。
（二）实验使用中泵汽蚀的防范措施
由于泵经常遭到汽蚀剥蚀破坏，固而使用中寻求对剥蚀破坏的防治措施，成为急迫问题。
1、高分子聚合材料涂敷
（1）环氧树脂砂浆
这是以环氧树脂为主料，加增韧剂、固化剂和多种填料组成的，用来修补水泵被剥蚀部位，其配方较多。
附表三列出常用两种。
涂敷分底表中三层进行，修复效果的关键在于涂敷前对修复面的处理，达到露出新鲜金属，无锈、无油、无水、无尘。
附表三环氧树脂砂浆配方
材料名称
作用
各层及质量比
配方一
配方二
底层
中层
表层
底层
中层
表层
环氧树脂E-44
主剂
100
100
100
100
100
100
液体丁晴
增韧剂
12
12
12
12
12
12
聚酰胺（650＃）
固化剂
30
30
30
二乙烯三胺
固化剂
8
8
8
9
9
9
氧化铝粉
填料
15
金刚砂（60-100目）
填料
400
450
铁红
填料
30
30
二硫化钼
填料
25
25
（2）聚氨酯涂料
以聚氨酯为主剂配以浆液、金刚砂和溶剂如53-A涂料配方如附表四。
（53-A涂料为兰州涂料工业研究所产品）。
53-A涂料经现场使用，抗剥蚀与泥沙磨损效果好，可使叶轮寿命延长一倍以上。
同样要求在涂敷前，被修复部件应彻底清理干净。
附表四53-A涂料配方（%）
成分
底层
中层
表层
Y-18B
25
10
-
Y-15
-
30
71
BKH-0.5浆
50
-
-
MoCa
-
5
29
金刚砂
-
50
-
溶剂
25
5
-
注:
表中Y-18B、Y-15、BKH-0.5浆、溶剂等均为兰州涂料所研制的产品。
2、补焊和焊层
补焊是用来修复剥蚀后的位置；焊层则是在可能遭受剥蚀的表面预先堆焊一层抗剥蚀金属材料，以防止发生剥蚀。
修复大型水泵，当剥蚀深度较大时，一般先用碳钢焊条填充，表面再用抗剥蚀焊条铺焊比较经济。
近年我国研制的堆276、堆277两种高铬锰耐剥蚀焊条，具有同进口18-8系列，25-20系列以及国产奥102-407不锈钢焊条相同的抗剥蚀能力，同时价格低廉，并且其被焊金属面能加工，富有韧性，并有良好的抗裂性能。
3、补充
在水泵运行中出现汽蚀，补充可防止或减轻噪声，振动和剥蚀，但技术性很强，否则会对泵的流量、扬程和效率造成影响。
五、结束语
本文通过对泵汽蚀，汽蚀性能参数的理论剖析及对汽蚀剥蚀破坏的防治措施的探讨，想表明的是从泵基础设计先行入手，防汽蚀于未然，进而重点探索实际中对汽蚀剥蚀破坏作用的防治措施，从而提高成型离心泵的使用寿命和工作效率。
参考资料：
1、《机械设计手册》机械工业出版社
2、《离心泵设计基础》机械工业出版社
3、《水泵技术》沈阳水泵研究所
4、《浅谈水泵的化学修补》武汉水电学院学报
5、《水泵技术问答》水电电力出版社
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