水泵汽蝕和防治措施

1、水泵汽蝕和防治措施摘 要：針對水泵的汽蝕問題，通過分析了水泵汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、汽蝕對水泵性能的影響、汽蝕的類型、及水泵汽蝕現(xiàn)象的危害,提出了防止和減輕汽蝕的幾點意見。Abstract：Inview of water pump cavitation problem,through the analysis of pump cavitation phenomenon causes cavitation performance of pumps,the type of cavitation,and pump cavitation phenomenon was proposed to prevent

2、 and mitigate cavitation several point of view.關(guān)鍵詞： 水泵汽蝕 汽蝕類型 減輕和防治汽蝕的措施Keywords:pump cavitation,cavitation type,mitigation and prevention measures cavitation 1前言水泵是把原動機的機械能轉(zhuǎn)換成抽送液體能量的機器。用來增加液體的位能、壓能、動能。原動機通過軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，對液體作功，使其能量增加，從而使需要數(shù)量的液體，由吸水也經(jīng)水泵的過流部件輸送到要求的高處或要求壓力的地方。衡量泵性能的主要因素有流量（Q）、揚程（H）、轉(zhuǎn)速（n）、汽蝕余

3、量（NPSH）及功率（W）和效率（）。農(nóng)業(yè)常用的離心泵、軸流泵和混流泵均屬葉片式泵。葉片式泵的常見損壞形式是汽蝕，在水泵葉輪的正面、背面及前蓋內(nèi)表面等處，布滿了大小不等的麻點，嚴(yán)重時有蜂窩狀凹坑和空洞。其具體表現(xiàn)有:水泵機組在運行中產(chǎn)生刺耳的噪音；水泵產(chǎn)生汽蝕，揚程、流量顯著降低，嚴(yán)重時中斷供水，不能工作；水泵機組在運行中產(chǎn)生劇烈振動，嚴(yán)重時能威脅機組的安全。2汽蝕產(chǎn)生的原因汽蝕產(chǎn)生的原因，簡單的說是由氣泡的產(chǎn)生和破滅引起的。在水泵中產(chǎn)生氣泡和氣泡破裂使過流部件遭受到破壞的過程就是水泵中的汽蝕過程。在一定溫度條件下，水開始沸騰時的水面壓力稱為汽化壓力。壓力愈低，水愈容易沸騰。水在管路中流動時，

4、由于管道截面積的變化，水流的速度和壓力也隨之變化。等流量的水通過管路時，截面積大，則流速小、壓力大；截面積小，則流速大、壓力小。當(dāng)水流壓力小到汽化壓力時，水流內(nèi)就產(chǎn)生由蒸汽和其它氣體組成的氣泡，氣泡隨水流流到壓力較高的管段時，就會被壓滅。在氣泡被壓滅同時，氣泡周圍的水質(zhì)點一齊向氣泡中心位置沖擊，產(chǎn)生很高的局部沖擊力，并伴有氣泡被壓滅的響聲。如氣泡在葉片、管壁或前蓋內(nèi)表面等處破滅，就像用金屬錘連續(xù)敲擊這些部位，使金屬表面發(fā)生疲勞剝落。久而久之，形成許多麻點，甚至產(chǎn)生凹坑和空洞。3水泵汽蝕類型3.1葉型汽蝕這是水泵普遍具有的汽蝕現(xiàn)象。是發(fā)生在葉片表面的汽蝕，汽蝕破壞區(qū)在水泵葉輪的葉片表面上，在正面

5、和背面，稱為葉面型汽蝕。主要是因為水泵安裝過高，或流量偏離設(shè)計流量過大時產(chǎn)生的汽蝕現(xiàn)象。其空泡形成和潰滅多發(fā)生在葉片的正面和背面或前輪盤內(nèi)表面處以及葉片的根部。離心泵在大流量時（如圖1），葉面型汽蝕發(fā)生在1、4、3幾個部位，小流量時，發(fā)生在2、4、1幾個部位。軸流泵（如圖2）在大流量時葉面型汽蝕發(fā)生在葉片的正面，小流量時發(fā)生在葉片的背面。 圖1 離心泵產(chǎn)生汽蝕部位 圖2 軸流泵產(chǎn)生汽蝕部位1、5葉片正面汽蝕;4前蓋板汽蝕; 1葉片正面汽蝕;2葉片背面汽蝕;2、3葉片背面汽蝕 3間隙汽蝕;4輪殻體表面汽蝕;5導(dǎo)葉汽蝕3.2間隙汽蝕當(dāng)水泵在低負(fù)荷運行時，當(dāng)水流流經(jīng)離心泵的回流槽等縫隙時，水流通過突

6、然變窄的間隙，速度增加而壓強下降，也會產(chǎn)生汽蝕。軸流泵的葉片外緣與泵殼之間很小的間隙內(nèi)，在葉片正、背兩側(cè)很大的壓強差作用下，引起極大的回流速度，造成局部壓降，引起間隙汽蝕。在泵殼對應(yīng)葉片外緣部位形成一圈蜂窩麻面汽蝕帶。在離心泵的減漏環(huán)與葉輪外緣間隙處，亦會引起間隙汽蝕。3.3旋渦汽蝕渦帶汽蝕是由于進(jìn)水建筑物、進(jìn)水構(gòu)筑物設(shè)計不當(dāng)，造成了水泵進(jìn)口處水流的紊亂和漩渦，產(chǎn)生了渦帶，把大量的氣體周期性地帶入水泵內(nèi)。即使在水泵葉片本身不產(chǎn)生葉面汽蝕的情況下，由于渦帶的產(chǎn)生也會在葉片低壓區(qū)產(chǎn)生周期性的強度很大的葉面汽蝕。當(dāng)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向與水泵的旋轉(zhuǎn)方向相同時，使相對運動削弱，流量減小、揚程降低、效率下降、功

7、率增加（軸流泵）或減少（離心泵），引起超載（軸流泵）或欠載（離心泵）；當(dāng)漩渦的旋轉(zhuǎn)方向與水泵的旋轉(zhuǎn)方向相反時，使相對運動加強，流量增加、揚程增高、效率下降、離心泵的功率增加或軸流泵的功率減少，引起超載（離心泵）或欠載（軸流泵）。4.水泵汽蝕基本關(guān)系式為了使水泵安全運行，避免汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，必須根據(jù)水泵樣本上所規(guī)定的允許吸上真空度Hs或允許汽蝕余量h們來合理地確定水泵的安裝高程（水泵的安裝高程是指水泵的基準(zhǔn)面高程，基準(zhǔn)面與水泵類型，大小和安裝方式有關(guān)）。允許吸上真空高度Hs或允許汽蝕余量h是表征水泵汽蝕性能的參數(shù)。我國在實用上對于離心泵和混流泵均以Hs表示，軸流泵以h表示。4.1水泵吸上真空度Hs

8、如圖3所示，以進(jìn)水池水面0-0為準(zhǔn)基準(zhǔn)面，列出0-0及水泵進(jìn)口處1-1斷面的能量方程式: （1）其中，0為位置水頭(米)； 為進(jìn)水池而積的絕對壓力水頭(米)；為進(jìn)水池水面的流速水頭，因v。很少可忽略不計(米)；為水泵的吸水高度，即泵軸高于水面的垂直高度(米)；斷面1-1的絕對壓力水頭(米)；為斷面l-l的流速水頭(米)，為進(jìn)水管路中的水頭損失(米)；圖3 離心泵的吸水高度如果作用在進(jìn)水池水面的壓力p。就是大氣壓Pa，則(l)式可以簡化為: (2)其中，就是安裝在水泵進(jìn)口的真空表讀數(shù)，稱吸上真空度，用Hs表示即 (3)由此可見，水泵的吸上真空度Hs比水泵的吸水高度多一個吸水管水頭損失和水泵進(jìn)口處

9、的流速水頭。如果泵在某個流量下運轉(zhuǎn)，則項是定值.也近于定值，則吸上真空度Hs隨水泵的吸水高度增加而增大。當(dāng)增大至某一數(shù)值后，水泵開始發(fā)生汽蝕，此時的吸上真空度叫最大吸上真空度(又叫臨界吸上高度)，以Hsmax表示。該值通常通過試驗求得。為了保證水泵運行時不發(fā)生汽蝕，同時又有盡可能大的吸上真空度，規(guī)定留0.3米的安全量，即將試驗得出的Hsmax減去0.3作為允許吸上真空高度，以Hs表示之。泵的允許吸上真空高度愈高，說明抗汽蝕性能愈好。水泵運行時，水泵吸上真空度Hs不應(yīng)超過樣本上規(guī)定的Hs值，即Hs<Hs。4.2水泵汽蝕余量h汽蝕余量是指水泵進(jìn)口處單位重量的水所具有的超過該工作溫度時的汽化壓

10、力的富余能量，用米水柱表示。對圖2所示的離心泵裝置，汽蝕余量h為: (4)其中，為水泵進(jìn)口處的絕對壓力水頭(米)，為水泵進(jìn)口處的流速水頭(米)，為工作溫度下的汽下壓力(米水柱).由式(2)、(3)知 (5)把(5)式代入(4)式得 (6)將(3)式代入(6)式得 (7)對圖4所示的立式軸流泵裝置，因葉輪淹沒于水下，為負(fù)值，則汽蝕余量h為 (8)圖4 軸流泵吸水高度計算圖由公式(6)、(7)、(8)可知，水泵的汽蝕余量和、及，有關(guān)。在 、一定的情況下，汽蝕余量h隨水泵的吸水高度以及吸水管路的水頭損失而變化，如圖5所示。因此，它是由泵吸入側(cè)管路的裝置條件及通過的流量所決定，與泵本身無關(guān)。它是液體進(jìn)

11、入泵前被用來防止汽化所剩余的一部分能量，稱為有效汽蝕余量，國外用NPSHava表示:水泵汽蝕試驗就是通過泵的吸水高度或增大吸入管路阻力等方法，測出水泵開始發(fā)生汽蝕時的最大吸上真空度Hsmax，將它代入(6)所求得的汽蝕余量也就是最小的汽蝕余量，以hmin表示，即 (9)是由泵本身所決定的，稱之為必需汽蝕余量，國外用NPSHRe表示。為安全計，使用時規(guī)定加0.3米的安全量作為允許汽蝕余量，以h表示，水泵祥本上都規(guī)定有h的數(shù)值。泵的汽蝕余量數(shù)值愈小，說明泵的抗汽蝕性能愈好。為了使水泵在運行中不發(fā)生汽蝕，要求水泵保持一定的汽蝕余量，并應(yīng)滿足h<h。圖5 離心泵h和H吸的關(guān)系5水泵汽蝕的危害5.

12、1水泵的工作性能惡化水泵發(fā)生汽蝕時，因水流中含有氣泡，引起水泵工作性能的變化，此變化對不同類型的水泵是不同的。對于轉(zhuǎn)數(shù)較低的水泵（如離心泵），因水泵葉片流槽狹長，很容易被氣泡所阻塞。汽蝕剛開始時，氣泡占據(jù)一定的槽道面積，水泵的揚程、功率和效率開始下降，但對水泵的正常工作沒有明顯的影響；而當(dāng)汽蝕發(fā)展到一定程度時，氣泡大量產(chǎn)生，并迅速擴展到葉槽的整個寬度，水泵的揚程、功率和效率急劇下降，最后水泵停止出水（見圖6）。對于轉(zhuǎn)數(shù)較高的水泵（如軸流泵），因水泵葉片流槽較寬，不易被氣泡阻塞，汽蝕發(fā)生后，葉槽中總有部分槽道的壓力大于汽化壓力，所以QH曲線是逐漸降低的，沒有急劇變化的階段，只是Q曲線有較為明顯的

13、下降趨勢（見圖7）?；炝鞅冒l(fā)生汽蝕時的性能曲線開始緩慢下降，到某一流量時則突然下降。5.2水泵過流部件發(fā)生破壞當(dāng)氣泡受高壓水流擠壓破壞，高壓水流沖向氣泡中心時，由于很強的沖擊碰撞，產(chǎn)生劇烈的水錘，由于水錘的打擊作用，使部件的表面形成塑性的變形和硬化，產(chǎn)生金屬疲勞現(xiàn)象。材料性質(zhì)變脆，產(chǎn)生剝蝕和裂紋。經(jīng)常作用而形成麻點，進(jìn)而形成裂隙，直到水泵的葉輪或泵殼被蝕壞，甚至形成斷裂現(xiàn)象。由于水流在槽道中高速運動，材料表面有微凸和微凹的顆粒與麻點，在水中相對運動，則形成“微活塞運動”，這樣在高壓區(qū)也產(chǎn)生負(fù)壓和高壓，不斷地交替變化，造成水泵葉片正面全面汽蝕破壞。有的泵站經(jīng)常發(fā)生這種現(xiàn)象，不得不經(jīng)常換掉水泵的葉

14、輪。有資料表明，在汽蝕過程中還有“電蝕”現(xiàn)象。水中含泥沙較多時，還伴隨著磨蝕的可能。5.3發(fā)生振動和噪音水泵發(fā)生汽蝕時，水流質(zhì)點互相碰撞和擠壓，會產(chǎn)生劇烈的振動，造成機組零部件的破壞，嚴(yán)重時水泵不能抽水，甚至造成水泵裝置和泵房結(jié)構(gòu)的破壞，危及建筑物的安全。發(fā)生汽蝕時，有時產(chǎn)生嘯叫的噪音，危及泵站中運行操作人員的健康。圖6 離心泵發(fā)生汽蝕時的性能曲線 圖7 軸流泵發(fā)生汽蝕時的性能曲線5.4能耗和管理費用增加水泵發(fā)生汽蝕后，效率隨汽蝕程度的不同而有所下降，嚴(yán)重時可下降3040，所以使水泵的能耗增加。有試驗數(shù)據(jù)顯示，效率下降1020，能耗將增加56。加之對嚴(yán)重剝蝕的零件要進(jìn)行修復(fù)或更換，增加了管理費

15、用，同時會縮短水泵使用年限，使泵站經(jīng)濟(jì)效益下降。水泵的安裝高程過高，嚴(yán)重時甚至吸不上水來，使泵站不能正常工作。6水泵汽蝕的常見原因 泵內(nèi)局部壓力降低到水的汽化壓力是產(chǎn)生汽蝕的直接原因，或者說汽化是形成汽蝕的先決條件。造成泵內(nèi)壓力過低的原因大致有一下幾個方面：（1）水泵吸水高度過大。隨著水泵吸水高度增加，泵進(jìn)口處的真空度增加，致使泵內(nèi)壓力降得過低。造成吸水高度增加的原因大多是水泵工作期間進(jìn)水池水位下降過大。（2）水泵進(jìn)水條件較差。如果進(jìn)水池產(chǎn)生漩渦使進(jìn)入水泵的水存在預(yù)旋或?qū)⒖諝鈳胨茫约皬澲庑芜M(jìn)水流道在其出口處（葉輪進(jìn)口處）所形成的流速、壓力分布不均勻，都會導(dǎo)致汽化及汽蝕的產(chǎn)生。有關(guān)試驗表明

16、，水中含氣量越大，就越易產(chǎn)生汽化。（3）水泵偏離設(shè)計工況運行。在這種情況下葉片進(jìn)口處將形成沖擊入流，水流脫離葉面而出現(xiàn)低壓。（4）安裝地點海拔高程過高或水泵抽送的水流溫度過高。這是因為海拔越高，大氣壓力越低，相應(yīng)地在泵吸入口的壓力也就越低；而水溫越高，汽化壓力就越大，水流就越易汽化。（5）水泵過流部件材料抗汽蝕能力較差；（6）泵本身汽蝕性能較差。（7）泵內(nèi)水流經(jīng)過狹窄的間隙。這時流經(jīng)間隙的水流速度增大，使間隙處的壓力下降形成汽化。7減輕和防治汽蝕的措施水泵的汽蝕是由水泵本身的汽蝕性能和抽水裝置的使用條件來決定的。為防止水泵汽蝕，一方面應(yīng)提高水泵自身的抗汽蝕性能，另一方面則應(yīng)合理布置水泵的吸水管

17、路系統(tǒng)，是水泵合理的運行。一定程度的汽蝕往往總是發(fā)生，減輕和防治汽蝕措施如下：7.1正確地確定水泵安裝高程在設(shè)計泵站時，要使裝置汽蝕余量大于水泵的允許汽蝕余量，或者水泵進(jìn)口處的吸上真空度小于水泵的允許吸上真空度。同時，應(yīng)充分考慮抽水裝置可能遇到的各種工作情況，以便正確地確定安裝高程。7.2要有良好的進(jìn)水條件進(jìn)水建筑物內(nèi)的水流要平穩(wěn)、均勻，不產(chǎn)生漩渦。大中型泵站的進(jìn)水流道要設(shè)計得合理，進(jìn)入葉輪的水流速度和壓強要接近正常分布，避免產(chǎn)生局部低壓區(qū)。7.3盡量減少進(jìn)水管路水頭損失在設(shè)計泵站時，應(yīng)盡量縮短進(jìn)水管路的長度，減少管路的附件，管道內(nèi)壁應(yīng)光滑和適當(dāng)加大進(jìn)水管的直徑。7.4提高汽蝕區(qū)的壓強在水泵進(jìn)

18、水管內(nèi)，注入少量水或空氣，可以緩和汽泡破滅時的沖擊，并減小汽蝕區(qū)的真空度。但注入量必須控制，否則反而會使水泵工作性能變壞。將出水管的高壓水引入泵的進(jìn)口，可以提高葉輪進(jìn)口的壓強，從而提高泵的抗汽蝕性能。但減小了水泵的出水量，降低了水泵的效率。7.5降低工作水溫，保持穩(wěn)定運行夏季氣溫較高，可摻井水混合或在引水渠、進(jìn)水建筑物處加遮熱曬措施，以減輕汽蝕現(xiàn)象的危害程度。水泵如果轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，泵進(jìn)口處真空度也會變化。在轉(zhuǎn)速突然增高的一瞬間，泵進(jìn)口處真空度升高，而進(jìn)水管路中的水存在慣性，來不及補充突然出現(xiàn)的空間而產(chǎn)生氣泡導(dǎo)致汽蝕。機組如果轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，也會產(chǎn)生振動，泵內(nèi)水流也隨之產(chǎn)生拉伸壓縮運動，導(dǎo)致水泵的汽蝕。因此，電動機或柴油機應(yīng)保持穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，水泵機組應(yīng)安裝牢固，避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)速不穩(wěn)和振動現(xiàn)象。7.6提高泵本身的抗汽蝕性能泵設(shè)計時，要充分考慮葉輪設(shè)計的合理性。要充分考慮葉輪進(jìn)口直徑、葉片進(jìn)口寬度、葉輪蓋板進(jìn)口部分曲率半徑、葉片進(jìn)口邊的位置和葉片