针对离心泵汽蚀问题的几点总结

离心泵汽蚀问题的几点总结王世良（石家庄强大渣浆泵有限公司 石家庄 050035） 摘要：本文总结了汽蚀现象对离心泵的影响以及提高离心泵汽蚀性能的方法。关键词：离心泵 汽蚀Summary for the Cavitation of centrifugal pumpWang Shiliang(Shijiazhuang Kingda Slurry Pump Co. Ltd Shijiazhuang 050035)Abstract: This thesis, in general, describes the Impacts of the cavitation for pumps, and how to improve the performance of the centrifugal pumps. Key words: centrifugal pump/cavitation一、前言汽蚀现象又称空蚀现象、空泡想象。它是水力机械以及某些与液体有关的机器特有的现象。汽蚀现象对水泵的损坏是很大的，在用户设计选型中应特别注意，例如，在钢厂高炉冲渣水的温度较高时，气化压力低，极易在吸入口位置发生汽化现象，因此在高炉冲渣系统中一般选用汽蚀性能好的砂砾泵。二、汽蚀现象对离心泵本身的影响主要表现在以下几个方面1、离心泵的汽蚀现象将会降低泵的流量、扬程和效率，随汽蚀现象的发展，这种影响会逐渐加剧，当汽蚀区占据叶轮的整个过流通道时，就会使离心泵产生工况中断，从而导致离心泵不能正常工作。2、离心泵的气蚀现象将会引起泵的过流部件，特别是叶轮的背后产生斑点和沟槽，时间一长，就会使过流部件受到破坏，使叶片断裂脱落，轻者会降低泵的工作性能指标，影响工作稳定性，重者会破坏泵的正常工作。3、离心泵的气蚀现象，将会造成整个机组及其连接管路的剧烈振动，产生噪音，机组的振动不仅会影响可拆零件的连接，影响泵的密封，而且还会造成材料疲劳破环等等，从而降低了离心泵正常运行的安全可靠性。因此，提高离心泵的抗汽蚀性能是离心泵设计时不可偏废的一个重要方面，离心泵汽蚀性能的提高，除了能避免上述几种主要不利影响外，还有利于离心泵机组的设计与运行，譬如：1、可以减轻输水装置系统设计时的困难当离心泵具有很好的抗汽蚀性能时，可以增加吸入高度或降低灌水设备的建筑高度，这一点对于降低输水装置系统的成本，减轻装置系统和离心泵本身性能设计时的困难，无疑会有很大意义。2、可以缩小离心泵的结构尺寸当离心泵具有很好的抗汽蚀性能时，可以提高工作转速，充分采用高速度的原动机驱动，这样就能够使离心泵机组的外形尺寸轮廓尺寸缩小，重量大为减轻。这一点不仅可以减轻机组和装置以及基建的投资，而且也能提高机组效率，为某些机组的运行调节提供了可能性。3、可以提高离心泵工作性能和可靠性当离心泵具有很好的抗蚀性能时，可以避免由汽蚀引起的流量下降和输入功率提高等对运行不利的现象，也避免了零部件的腐蚀和剥落，同时也不会导致机组振动和运行噪音，从而增加了机组运行的稳定性和可靠性，也自然而然地延长了离心泵机组的使用寿命。因此，我们在设计水泵时很有必要提高泵的抗汽蚀性能，一般来说，在进行离心泵设计时，除了应该准确计算泵的汽蚀性能，以保证在工作范围内不应产生汽蚀外，还可以采用一些结构与工艺措施来提高离心泵的汽蚀性能，在这一方面，通常所采用的方法有：1、在机组内加置低转速运转的增压泵以便为主泵提供较大的吸入压力；2、采用良好的静密封与动密封结构以提高吸入管路密封性和防止吸入空气；3、消除或减轻离心泵机组运行时的振动，排除外界振动的干扰；4、采用良好的抗腐蚀和抗侵蚀材料以增加过流部件的抗汽蚀性能；5、提高过流部件表面的加工精度和光洁度，以减小液流的磨擦损失；6、采用阴极保护法预防材料的抗汽蚀破环；7、在离心泵进水管内装置射流泵或组成射流离心泵机组以提高吸入性能；8、正确地设计吸入接管和吸入管路以减少液流的阻力损失；采用合理的叶轮结构设计以提高叶轮的抗汽蚀性能；9、在离心泵叶轮进口处加置诱导轮，以提高离心泵叶轮进口压力。三、提高汽蚀性能的方法1、采用抗磨蚀材料或覆盖保护层采用某些抗汽蚀破环性能良好的材料，可以在不同程度上减轻气蚀破坏程度，提高离心泵的工作寿命。通常采用的材料有：（1）不锈钢在气蚀条件下，不锈钢具有良好的稳定性，硬度越高，抗汽蚀破坏的稳定性越好，是抗汽蚀性能的好材料。（2）碳素钢碳素钢的抗汽蚀性能不太好，但是如果采用淬火的方法来提高它的表面硬度，则可以使其在气蚀条件下的稳定性大为提高。（3）合金在可能情况下采用钛合金、镍合金、青铜合金，均可获得优良的抗汽蚀破环性能。此外，还可以采用在过流部件的表面加添保护层的方法来达到这个目的。保护层可以做成如下形式：a)用硬质合金铸焊于以低碳钢为基本过流部件的过流部件；b)用涂料、橡胶或不锈钢等耐磨蚀、耐侵蚀材料喷吐于过流部件的表面；c)对过流部件的外表面进行局部淬火以提高硬度，从而增加抗汽蚀性能的稳定性；d)采用环氧树脂、酚酞树脂等材料作为过流零售材料或修补材料会得到很好效果。2、提高过流表面的加工精度和光洁度离心泵过流部件过流表面，特别是容易发生气蚀部位的表面制造加工质量、几何形状精度和表面光洁度等，对于离心泵的汽蚀性能会产生一定影响。比较粗糙或不光洁的过流部件，在流量较小的时候，由于边界层较厚，不会对汽蚀性能有什么影响，但是在大流量情况下，会对气蚀的开始点造成影响。另外，比较粗糙或不光洁表面，在气蚀条件条件下会引起应力集中，从而加速材料的破坏。过流部件几何形状和加工精度的误差将会造成液体流动状态的改变，如产生旋涡、撞击和局部扩散，从而增加了产生汽蚀的机会，尤其是叶轮叶片进口附近的翼形几何形状、头部尺寸、进口边位置、叶轮与密封环或泵体之间的间隙大小等，都会对叶轮的抗汽蚀性能产生一定的影响。3、正确的设计吸入接管和吸入管路离心泵吸入接管和吸入管路内的压力通常都很低，如果它们的尺寸和形状选择不当，就容易在其内发生汽蚀。因此，正确的设计吸入接管和吸入管路，以保证液流在其内具有最小的阻力损失，并使得液流在进入叶轮之前具有良好的流动性能，将对于提高离心泵的汽蚀性能具有很大意义。首先，应采用最短的吸入管路，使其结构最为简单和有利液体的流动，并且尽量减小不必要的管路附件，如弯头、附件等。还应该正确地选择吸入管路的直径。吸入管径过大，在小流量工况时会在其内产生回流现象。而直径过小的话，就会产生较大的吸入磨擦损失，这样都会降低叶轮吸入口的液体压力，不利于汽蚀性能。吸入管径对离心泵汽蚀性能的影响已被所进行的实验所验证，过小的吸入管径将会导致离心泵汽蚀工况的提前产生，从而大大降低了泵的可调性能。吸入接管的尺寸和结构对离心泵汽蚀性能的影响是十分明显的，因此更应该予以重视。一、给水泵进、出水管设计可参见室外给水设计规范（GB 500132006）第6.3.1条规定： 水泵吸水管及出水管的流速，宜采用下列数值：1 吸水管：直径小于 250mm 时，为 1.01.2m/s ；直径在 2501000mm 时，为 1.21.6 m/s ；直径大于 1000mm 时，为 1.52.0 m/s 。2 出水管：直径小于 250mm 时，为 1.52.0 m/s ；直径在 2501000mm 时，为 2.02.5 m/s ；直径大于 1000mm 时，为 2.03.0 m/s 。二、排水泵进、出水管设计可参见室外排水设计规范（2011年版）（GB 50014-2006）第544 条规定：水泵吸水管设计流速宜为0.7m/s1.5m/s。出水管流速宜为0.8m/s2.5m/s。4、减轻离心泵机组运行时的振动离心泵是一种旋转机械，它在运行时或多或少的都会产生一些振动，有时候，外界的机械振动也会给离心泵的运行带来影响，造成离心泵运行的附加振动。离心泵中液体的气蚀会导致机组的振动，反之，机组的振动也会影响离心泵的汽蚀性能降低，并且还会产生其他一些不利的影响，因此，应该尽量减轻或消除离心泵机组运行时的振动，以改善离心泵的水力性能和气蚀性能。除了采用适当措施消除或隔绝外界振动对泵的影响外，对于泵本身来说，通常所采取得减轻或消除运行振动的方法有：（1）转子平衡（2）使转子旋转频率远离共振区（3）合理进行轴承设计（4）合理地进行离心泵过流部件的结构（5）安装减振器5、采用合理的叶轮结构设计（1）加大叶轮颈部直径加大叶轮径部直径能提高第二临界汽蚀性能，进而提高泵的汽蚀性能。（2）加大叶轮进口宽度适当加宽叶轮叶片进口边的流道宽度，能改善离心泵的汽蚀性能。（3）合理确定贯穿轴的直径在保证强度等要求的情况下，减小贯穿轴的直径并随之使叶轮轮毂直径减小，将会对离心