离心泵汽蚀产生危害分析及防范措施

离心泵汽蚀产生危害分析及防范措施

摘要：离心泵是一种应用广泛的流体机械设备，然而在实际应用中，往往会发生汽蚀现象，对离心泵的性能和使用寿命造成威胁。本文简要分析了离心泵气蚀产生的原因及其危害，从设计、制造、使用管理等方面提出了防范离心泵气蚀的措施，从而提高了离心泵的运行效率和使用寿命。

关键词：离心泵汽蚀危害分析性能判定防范措施

离心泵是靠叶轮以一定转速旋转产生离心力将流体介质输送出去的一种流体机械。离心泵的用途十分广泛，如在石油化工、火力发电、建筑消防、给排水等领域都有着较为广泛的应用。但是，在实际应用中，离心泵经常会因操作或使用不当而使离心泵产生气蚀现象，产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。由此可见，离心泵汽蚀的危害是严重的，我们应该分析汽蚀发生的原因，进而采取相应的防范汽蚀发生的措施。

一、离心泵汽蚀的危害分析

汽蚀会影响离心泵的正常运行，引发许多严重后果。

1.损坏过流部件

由于汽蚀过程中伴随着机械点蚀和电化学腐蚀，在离心泵的过流部件如叶轮、蜗壳等的金属材料表面逐渐产生许多小麻点，继而麻点不断发展扩大呈沟槽状或蜂窝状，严重时就会形成空洞，甚至造成叶轮的断裂，如图1所示为某离心泵产生汽蚀一段时间后的照片，可以看出汽蚀造成叶片表面的金属材料产生了剥落。因此，汽蚀会损坏离心泵的过流部件，甚至影响泵的使用寿命。

图1汽蚀造成离心泵叶片材料的损坏

2.降低离心泵的性能

离心泵是通过叶轮的旋转将能量传递给介质，转化为介质的压力能，但汽蚀会对叶轮和液体之间的能量传递造成严重干扰。由于汽蚀发生，时会在介质中产生大量的气泡，使得介质的通流面积大为减少，并在局部产生旋涡，这些会破坏泵内介质的连续流动，增大流动损失，使泵的流量、扬程和效率均有所下降。由于离心泵叶轮的形状通常长且窄，汽蚀严重时，大量气泡很快就会堵塞整个流道，造成断流，使离心泵无法正常工作。从图2离心泵的性能曲线上来看，在汽蚀比较严重时，性能曲线发生陡降。

图2离心泵的性能曲线

3.产生噪音与振动

由汽蚀产生的气泡在破裂时，高频的液击会产生各种噪音，同时诱发泵体振动，而泵体的振动又会加速气泡的产生与破裂。当液击的频率与泵体的固有频率相同时，就会发生共振，使振幅迅速增大，若要保护离心泵不会发生振动破坏就必须停泵进行检查。

4.制约离心泵的发展

随着现代工业的高速发展，要求泵送介质的流量也越来越大，扬程越来越高。对离心泵而言要增大流量和扬程，就需要提高液体介质的流速；根据流体力学，液体流速越高，入口压力损失越大，就更加容易产生汽蚀。因此，提高泵抗汽蚀性能，研究汽蚀机理，是离心泵发展中的重要研究课题。

二、离心泵汽蚀的识别

汽蚀是造成离心泵的性能和效率下降的主要原因之一，及时识别出汽蚀的发生，便于采取相应的防范措施，对此国内外进行了大量研究，并取得了丰富的研究成果，但根据可行性，实际生产中往往采取如下几种办法判别是否发生了汽蚀。

1.根据扬程识别

从图2上可知，在汽蚀发生时，离心泵的扬程会急剧下降。在API610标准中，将离心泵扬程（对于多级泵而言是首级扬程）下降3％，作为性能断裂的标志，并用于在汽蚀试验中判定离心泵的必需汽蚀余量NPSHr的数值。通常，工程技术人员在离心泵特性曲线上取扬程下跌3％的点认为是其发生汽蚀的临界点。但是，在泵发生汽蚀的初始阶段，离心泵扬程的变化并不是很明显，当扬程变化明显时，汽蚀已经发展到了一定程度。所以，用扬程来判断离心泵的汽蚀具有一定的滞后。但是，这种方法简便易行，在石化、冶金等行业得到了广泛的应用。

2.根据振动识别

离心泵的汽蚀伴随着泵体的振动，因此可以在泵体上加装振动传感器，当泵运行时发现振动与有异，应该首先考虑是否发生了汽蚀。在实际生产中，装置的操作人员往往可以根据经验现场感觉出泵体振动的不同，从而初步判定是否产生了汽蚀。

3.根据噪音识别

汽蚀发生时由于液击会产生各种噪声，并且当汽蚀严重时，可听到泵内发出类似于爆竹的噼噼啪啪的声音。操作人员可以据此进行汽蚀的判断。

三、汽蚀的防范措施

根据汽蚀产生的机理，若要避免离心泵内产生汽蚀，应当使泵内最低点处的压力高于介质的汽化压力，也就是通常所说的有效汽蚀余量高于泵的必需汽蚀余量即NPSHA＞NPSHr，且应当留有一定的余量。据此，可以在离心泵的设计、制造、使用过程中采取各种防范措施，来避免产生汽蚀。

1.改进泵的结构设计

改善泵的汽蚀性能，可以从降低泵的必需汽蚀余量着手，根据离心泵必需汽蚀余量公式：

式中：

V0-叶轮进口平均流速，通常指叶轮喉部液体绝对速度，m/s；

w0-叶轮进口处液体的相对速度，m/s；

λ1-因液体从泵人口到叶轮进口段速度增大和流向改变引起能量损失的校正系数；

λ2-流体绕过叶片头部的压降系数，与冲角、叶片数、叶片头部形状等有关；

g-重力加速度，m/s2。

从公式（1）看出，NPSHr仅与泵本身的结构有关，而与介质的性质无关，由此，可以从如下几个方面改进泵的结构，降低NPSHr：

1.1适当增大叶轮入口直径D0，可使叶轮进口流速V0减小；或者适当增大叶轮叶片入口边宽度b1，可使叶轮入口处液体的相对速度ｗ0减小。这样实质是改善了叶轮的吸入特性，但需要注意D0和b1并非是越大越好，而是有最佳的设计范围，二者取值过大时，NPSHr反而会增加。

图3 离心泵叶轮结构示意