水泵汽蚀产生原因

水泵汽蚀产生原因

水泵的汽蚀是由水的汽化所引起的。 水泵工作时, 如果水泵内某点压力降低到工作温度下水的饱和蒸汽压力水就开始汽化, 并且, 水的这种汽化现象将随泵壳内压力的继续下降以及水温的提高而加剧。

汽蚀开始时一般都出现于水泵叶轮进口的低压区, 此时水大量汽化, 同时, 原先溶解在液体中的气体也自动逸出, 形成的气泡中充满蒸汽和溢出的气体。当气泡随水流进入叶轮流道高压区时, 因为气泡内是汽化压力, 而气泡外面水流的压力却比较大, 气泡在周围高压的作用下突然被水压压破, 在气泡破裂的瞬间, 水流因惯性以高速冲向气泡中心, 在气泡闭合区内产生强烈的局部水锤现象。试验证明, 此种水锤所产生的冲击频率每分钟可达 2 ～3 万次之多, 并且集中作用在极微小的面积上, 压力可达到几百个甚至几千个大气压。 如此巨大的压力频繁作用下, 连续打击在叶轮或叶片的金属表面, 使金属产生局部疲劳现象。在最薄弱部分,晶粒首先剥落, 产生凹痕, 凹痕的产生使应力更加集中, 然后坚固的晶粒也随着剥落。 这种破坏不断恶化致使水泵的叶轮或叶片表面呈现蜂窝状, 金属表面逐渐因疲劳而破坏, 通常把这种破坏称为剥蚀。 除机械冲击外,在所产生的气泡中还夹杂有一些活泼气体( 如氧气等) , 借助气泡凝结时所放出的热量, 对金属起化学腐蚀作用。 机械腐蚀和化学腐蚀的共同作用, 更加速了金属的损坏速度。 这种现象便称为汽蚀现象。 水泵在严重的汽蚀状态下运行, 发生汽蚀的部位很快就成为蜂窝或海绵状, 直到大面积脱落而破坏。

防止措施

为了防止和减轻汽蚀现象的发生, 除了从水泵构造及制泵材料等方面加以改善外, 还可以采取以下措施:

1 正确确定水泵的安装高度 水泵样本中, 对于各种水泵都给定了一个允许吸上真空高度 Hs , 那么水泵的最大安装高度则为:

H ssma x = H s- ∑h s- V2/ ( 2g )

式中: H s s max - 水泵的最大安装高度( m ) 。 H s—样本中给出的允许吸上真空高度值( m) 。 ∑hs —吸水管段的水头损失( m) 。

V2/ ( 2g ) —吸水管真空表处的流速水头( m )

可以看出, 此时计算出的是水泵的最大安装高度, 在设计泵站时, 如果满足此式, 则满足离心泵叶轮进口处的吸上真空度小于其允许值, 就不会发生汽蚀。 但此式计算时, 设计水量是一定值, 而实际运行时水量在一定范围内会有波动, H s s max 就不是一个定值。为了安全起见, 适当降低水泵安装高度, 是防止汽蚀发生的最有效措施。 对降低安装高程不可能的泵站, 或降低高

程经济上不合算, 可考虑在某些工况, 让水泵在一定汽蚀下工作, 并对泵部件采用耐汽蚀材料制造或喷镀。

2 要有良好的进水条件 应避免在进水池内出现旋涡和偏流。 水泵进口前应有大于 5 倍进水管直径长的直管段, 使叶轮进口流态均匀。 绝对不准用进水管闸阀调节流量, 以免造成泵进口压力减少, 流态混乱。 应尽量缩短进水管路的长度, 适当加大进水管的直径, 以减少水力损失。 对于大中型泵站进水流道的型式和尺寸,应保证产生最良好的水流条件, 避免产生旋涡。 水流在进人叶轮前要求流速和压力分布均匀。 同时要注意进水池的水位变化, 在最低水位时, 若水泵工作点远离额定点, 应采取调节措施。

3 调节工况 在水泵运行过程中, 用调节水泵工作点的方法可以减轻汽蚀, 对于离心泵适当地减少流量,使工作点向左移动, 增大( H s ) 值, 对叶片可调的轴流泵、 导叶式混流泵, 改变叶片的安装角, 使工作点移到( $ h) 值较小的区域。

4 吸水侧补气 在水泵吸水侧补入少量空气, 可以消除和减轻初生汽蚀所产生的噪音和振动, 并减少汽蚀区的真空度。补入空气量为流量的 0 . 1% 时对泵效率无影响, 对减轻汽蚀现象的效果很显著, 补人空气量较大时, 对泵效率影响很大。

5 增加吸水侧压力 在吸水管口装设射流泵或喷嘴, 这样吸水管中部分动能变为压能, 而提高了离心泵的吸上高度, 水泵吸上高度增值△H , 用下式计算:

△H = 0. 40 7H ( d / D 吸)7/ 3 式中: H —水泵扬程( m) 。

d 、 D 吸—喷嘴及吸水管直径。

此法适用于水位变化大, 而泵的安装高程不能降低的泵站, 但需要消耗一部分能量, 同时也会减少水泵出水量, 所以 d / D 吸 比值不宜过大。

6 采用耐汽蚀材料和涂料 采用耐汽蚀材料制造水泵部件, 是抗汽蚀的一个重要措施。金属材料耐汽蚀的顺序为: 锡铬钴合金、 奥氏体不锈钢、 镍铬合金钢、 镍铝青铜铸造物、 铸钢、 锻钢、 青铜、 铸铁、 铝。

在水泵过流部件表面喷镀耐汽蚀金属材料, 形成一层表面硬膜, 以抵抗汽蚀破坏, 比采用贵重的合金钢要经济得多。此外, 在水泵过流部件和已蚀坏部件用聚合涂料( 如以环氧树脂为基础的抗汽蚀耐磨材料及其他热塑性涂料等) 进行覆盖和修补, 比采用金属喷镀更为经济方便, 其抗蚀耐磨效果也好。 当已剥蚀的部件具有可焊性时, 也可用不锈钢焊条补焊。

[参考文献]

1、 离心泵汽蚀现象及降低措施_肖荣畅 六盘水师范学院学报 2012.6.15

2、 离心水泵气蚀问题与解决办法_徐晓昂 益阳职业技术学院学报 2007.09.20

3、 潜水污水泵_汽蚀_的原因和防治_尹锦宏 《华章》2011.7.20

4、 浅谈水泵的汽蚀现象及防治措施_汤立宏 《装备制造》2009.4.1_1

5、 水泵空化与空蚀分析研究_林斌 中国电力教育 2010.06.20

6、 水泵汽蚀及其防止措施_王宏 彭城职业大学学报 2004.10.30

7、 有效防止离心泵的_汽蚀_危害的方案_黄浩 自动化应用 2013.11.25

8、 水泵及水泵站 北京科学技术文献出版社2003 刘超主编

9、 某双向灌排泵站的现场测试机改造思路 扬州大学学报2005.8 成立、汤方平、仇宝云等

10、 水泵及水泵站 中国水利水电出版社