循环水用泵的汽蚀问题

循环水泵的汽蚀问题浅谈

黄根

在热电厂，北方供热、冷凝塔供水系统中的循环水泵经常容易发生汽蚀，首先我们看一下水泵的运行条件和吸入池中的水质状况。

循环水泵是指在应用在工业循环系统中，将回到吸入池中的水重新抽送到系统管路中的泵。如火力发电中用于输送凉水塔水池中的水到汽轮机冷却管网中的泵；北方供热系统中用抽取系统回水重新进入管网系统的泵等。如图一双吸泵循环水供水系统示例。

图一双吸泵循环水供水系统示例

循环水泵输送的水一般具有以下特点：水被加热后通过冷却装置（如：凉水塔，冷凝塔等）冷却。吸入池中的水温一般略高于常温，约为30～40℃。因为水在管路系统中被重复使用，为解决管路系统的结垢，往往在水中添加了防垢剂等添加剂。水池面积不大，容积不是特别大，水在池中的曝气时间不长。

然后，我们再看一下发生汽蚀的现象和条件。

在泵运转过程中，若其在过流部分的局部区域（如叶轮叶片进口稍后的某处），液体的绝对压力下降到所抽送液体当时温度下的汽化压力时，液体便在该处开始汽化，形成汽泡（汽泡内部的压力约等与汽化压力）。这些汽泡随液流向前运动至高压区时，气泡周围的高压液体使气泡急剧地缩小以致凝结在气泡消失的同时，液体质点以高速（由于气泡破例）填充空穴，发生相互撞击而形成强烈的水击，使过流部件受到腐蚀和破坏（局部压力高达500kg/cm2）。这一过程即为汽蚀。如图二所示。

图二 汽蚀对叶轮叶片的破坏

汽蚀发生时一般伴随发生的现象有噪声较大伴随有振动。振动频率范围为600～2500Hz。汽蚀发展到一定程度后，由于叶轮和液体的能量交换受到干扰和破坏，泵的流量、扬程、效率、轴功率下降，严重时液流中断。

由此可以看出，当介质中存在气泡或存在极易诱导气泡形成的条件（如：微小粒子，水中溶入饱和空气），压力小于时温度下的汽化压力，汽蚀就可能发生。

现在，我们分析一下造成循环水泵汽蚀的可能原因。首先空气进入泵内造成叶轮汽蚀。如果输送的介质中富含空气，在较低压力下较易挥发，会大大降低吸入口状态的真空度，汽蚀现象同样发生，这是循环水泵发生汽蚀的主要原因。循环水中气体的来源主要有以下几个方面：①30～40℃的温水进入吸入池时容易产生一定量的气泡，这些气泡随池内漩涡进入叶轮，形成气囊，阻碍流道，或被高压液体挤破爆裂，然后又形成气泡；②循环水在冷却塔冷却的过程中，夹带了大量的过饱和空气；③吸水池中旋涡带入的空气；④轴封漏气，循环水泵两侧的轴封各设有水冲洗装置，磨损较大后间隙增大，密封效果变差，空气在大气压力作用下进入叶轮进口低压区，并随水进入高压区冲击叶轮造成机械剥蚀而产生汽蚀。⑤

其次，泵送系统的流量过大，实际运行中，泵循环水量可能大大超过设计值，由于大流量引起叶轮进口速度增加，从而引起泵进口至叶轮以及进口管路中的压力降增加，超过汽蚀界限，即，NPSHa

再有，水泵的运行方式不合理。多台具有相同进口压力和出口压力的水泵，

在适当管路布置(进口管几何相似)下并联运行时，根据相似定律，泵的必须汽蚀余量与转速的平方成正比，此时泵的NPSHr值较小，不会发生汽蚀。

然而，若1台作为主泵连续运行，而另1台只有当流量要求增大时才开动，主泵可能会超时连续磨损。这种磨损会增大旋转间隙导致性能下降。另一方面，流量大的主泵NPSHr值增大，可能超过满足该泵的NPSHa，产生潜伏汽蚀。潜伏汽蚀对泵的性能影响较小，但长期处于潜伏汽蚀状态，会对叶片产生不良影响。此外,次泵长期运行在严重偏离设计范围时，叶轮吸入口的流速增加，叶片进口处的流量和压力分布很不均匀，并产生局部低压区，这个低压区低到一定程度时就有可能产生局部汽蚀。

然后，就是循环水泵的介质存在着一定的汽核。汽核是指介质中存在一些极易附着空气的微粒子。如：灰尘、水垢颗粒、易电离的添加剂等。这些汽核的存在导致溶于水体中空气被分离出来，形成微小的气泡。最终在叶轮内破例，导致汽蚀的发生。

最后，就是倒灌高度不够。倒灌高度为吸入池最高液面标高与泵中心线标高的差值，随着液面降低，倒灌高度会减小。如果倒灌高度的减小超过界限，会导致NPSHa < NPSHr，从而引起泵叶轮的汽蚀。对于非标准设计的吸入池来说应该提高水泵的淹没深度。

对于这类问题，我们的应该怎么应对呢？首先，在项目设计阶段提前干预，离心泵允许的极限含气量体积百分比为5%㈠，随着含气量增加，泵容易出现噪声和振动，严重时出现断流。推荐合理的进水池。如：图三进口管路在吸水池中。

图三进口管路在吸水池中

条件允许还可已推荐设置曝气池。再有，保证有足够的淹没深度，根据进口管路大小确定的淹没深度和根据泵汽蚀余量确定倒灌高度（为吸入池最低液面标高与

泵中心线标高的差值）两项指标共同确定，取两者计算的大值作为设计淹没深度。按进口管路计算，最小淹没深度不小于1.5～2.0D（D为进口管路直径）；按泵汽蚀余量计算，最小淹没深度为当地大气压减去泵汽蚀余量和进口管路损失，并增加2米的安全裕量。然后，尽量减少进水管路水头损失，适当增大进水管径，减少弯头数量，监扩管扩散平缓等。进水池进水流速平稳均匀，避免漩涡出现再有，采用含高成分的铬和镍的不锈钢或铜合金材料制作叶轮能有效提高水泵的抗汽蚀性能。。延缓潜在汽蚀对叶轮的破坏。根据工程实际使用的工况参数调整叶轮直径，使水泵工作在小流量区域（即：低汽蚀余量）工作。再有提高表面光洁度，或在易发生汽蚀部位涂上环氧树脂

最后，放弃对高效率指标的追求，设计高抗汽蚀余量的叶轮。或者采用在叶轮进口增加诱导轮的方式。这对老泵站改造时，是一个最后的选择，因为当前的设计都是追求效率指标，这样针对项目设计周期相对较长。

参考书目

㈠、《工业泵选用手册》