杜江波 楊 揚(yáng)

（河北德林機(jī)械有限公司，河北石家莊 051130）

1 汽蝕機(jī)理

汽蝕的過(guò)程就是離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中的液體汽泡從產(chǎn)生到破裂的全過(guò)程，一般情況下，汽泡從產(chǎn)生到消失的時(shí)間非常短，且這一過(guò)程的動(dòng)態(tài)較為復(fù)雜。

當(dāng)離心泵中的液體發(fā)生流動(dòng)時(shí)，其中流道內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)的壓強(qiáng)是不相同的。液體流動(dòng)的靜壓力降低就會(huì)產(chǎn)生一定的汽化，因?yàn)榫鸵话闱闆r下的流體物理學(xué)來(lái)說(shuō)，雖然和外界沒(méi)有能量交換，外界的熱量也沒(méi)有傳達(dá)到液體中，但是由于液體快速流動(dòng)所產(chǎn)生的低壓低于汽化的壓力，就會(huì)使得質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生汽化，這種汽化的表現(xiàn)形式就是在離心泵的液體中產(chǎn)生很多的汽泡，同時(shí)這些汽泡中有很多充斥著液體的蒸汽，這些蒸汽有些隨著汽泡破裂而消散，有些則是在汽泡中和液體相融合，如圖1 所示為離心泵汽蝕。

圖1 離心泵汽蝕

被汽化的液體中含有的氧汽和被汽化液體周?chē)囊后w中的氧汽都被分離并析出，混合到汽泡內(nèi)的蒸汽里，并且隨著液體的流動(dòng)，汽泡也隨著進(jìn)入離心泵的高壓區(qū)，這時(shí)流體的靜壓力再次升高，當(dāng)流動(dòng)液體的靜壓力大于汽化的壓力時(shí)，汽泡內(nèi)外的壓強(qiáng)就會(huì)不一致，從而導(dǎo)致汽泡迅速的凝結(jié)，然后周?chē)囊后w迅速地填充入汽泡破裂后的孔位中，并產(chǎn)生巨大的內(nèi)向性質(zhì)的冷凝沖擊，使得蒸汽又重新凝結(jié)變成液體，這種冷凝現(xiàn)象會(huì)使得其它的汽泡消失。[1]

破裂的汽泡凝結(jié)成液體的同時(shí)這部分液體就會(huì)產(chǎn)生能量，形成無(wú)數(shù)細(xì)小的高頻撞擊柱沖擊金屬的表面，長(zhǎng)此以往就會(huì)造成金屬表面的腐蝕。

2 汽蝕的危害

2.1 產(chǎn)生振動(dòng)和噪音

在離心泵發(fā)生汽蝕的過(guò)程中，汽泡進(jìn)入到高壓區(qū)會(huì)迅速地受到?jīng)_擊而產(chǎn)生縮小和破裂的現(xiàn)象，然后周?chē)囊后w質(zhì)點(diǎn)會(huì)飛速的回填汽泡破裂所產(chǎn)生的空穴，從而產(chǎn)生巨大的能量，這種能力會(huì)產(chǎn)生水力高頻沖擊，這種高頻的沖擊一定會(huì)伴隨著振動(dòng)和噪聲。

一般情況下，通過(guò)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，汽蝕所引起的振動(dòng)頻率范圍從1000HZ 到25000HZ 之間，如果汽蝕所產(chǎn)生沖擊的頻率和離心泵內(nèi)裝置的固有頻率接近，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

然后由于汽泡的破裂，液體微團(tuán)之間也會(huì)發(fā)生碰撞，從而導(dǎo)致和流道壁表面發(fā)生沖擊，這種沖擊頻率不同，因此會(huì)產(chǎn)生各種頻率范圍的噪聲，產(chǎn)生的噪聲時(shí)高時(shí)低。當(dāng)汽蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重的時(shí)候，會(huì)引起離心泵強(qiáng)烈振動(dòng)并發(fā)出巨大的噪音，這不僅會(huì)對(duì)工作環(huán)境造成危害，同時(shí)也會(huì)使得離心泵無(wú)法正常的工作。

2.2 過(guò)流部件的汽蝕破壞

流動(dòng)液體所差生的汽泡在金屬表面破裂的過(guò)程中，金屬表面會(huì)受到連續(xù)的猛烈沖擊，這種沖擊主要來(lái)自于破裂的汽泡凝結(jié)成液體時(shí)，這部分液體產(chǎn)生的能量，形成無(wú)數(shù)細(xì)小的高頻撞擊柱沖擊金屬的表面，這就會(huì)導(dǎo)致金屬表面的晶粒松動(dòng)并且剝落，讓金屬表面呈現(xiàn)出海綿狀，甚至出現(xiàn)大量的空洞。

3 汽蝕參數(shù)

3.1 汽蝕余量

離心泵入口處的單位質(zhì)量的液體會(huì)超出液體汽化的壓力，這樣就會(huì)產(chǎn)生出來(lái)一部分富余的能量，這種能量統(tǒng)稱(chēng)為離心泵汽蝕效應(yīng)的汽蝕余量。汽蝕余量的數(shù)值等于以基準(zhǔn)面算起的離心泵口總吸入壓力減去泵內(nèi)流體的液體汽化壓力，這種壓力屬于絕對(duì)壓力，用米液注來(lái)測(cè)量。

3.2 有效汽蝕余量

有效的汽蝕余量是指由離心泵內(nèi)裝置系統(tǒng)來(lái)確定的汽蝕余量，這種余量的大小是由吸入的管路系統(tǒng)參數(shù)和管路中液體流動(dòng)的流量通過(guò)計(jì)算來(lái)確定的，和離心泵的內(nèi)部構(gòu)造有關(guān)聯(lián)。

3.3 必需汽蝕余量

必需汽蝕余量是離心泵制造廠(chǎng)商通過(guò)出場(chǎng)前的性能測(cè)試來(lái)確定的汽蝕余量。

3.4 汽蝕參數(shù)控制

離心泵在工作時(shí)產(chǎn)生汽蝕是比較常見(jiàn)的事情，汽蝕效應(yīng)會(huì)對(duì)泵體和內(nèi)部構(gòu)造產(chǎn)生嚴(yán)重的損害，因此要通過(guò)汽蝕余量參數(shù)的相關(guān)計(jì)算來(lái)合理的規(guī)避汽蝕所造成的危害，并且可以采取一定的手段防止汽蝕的產(chǎn)生。

4 汽蝕現(xiàn)象的控制措施和預(yù)防措施

4.1 確定合理的吸入高度

要在離心泵的出廠(chǎng)設(shè)計(jì)上來(lái)增加吸取液體面的位置或者降低離心泵的安裝位置，這樣就能夠提升汽蝕余量的絕對(duì)值。對(duì)液體的吸取裝置，可以采用真空罐來(lái)引水，這種引水方式的吸程較短，可以有效地防止汽蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生。

這種方法的缺陷是會(huì)增加設(shè)備的投資費(fèi)用，但是也具有一定的優(yōu)勢(shì)，可以使得離心泵的操作變得簡(jiǎn)單適用。在倒灌裝置中，離心泵的安裝高度在一定的條件下會(huì)增加吸入設(shè)備的高度，從而使得汽蝕余量得到有效增加。

4.2 減小離心泵的入口水力流失

要盡量地減少水吸入管道中的水力流失，從而減低液體的飽和蒸汽壓，這就要求在設(shè)計(jì)吸入管道的時(shí)候要盡可能的增大離心泵吸水入口的直徑，從而減少管內(nèi)的液體流動(dòng)。在確保液體流動(dòng)減緩后，再縮短管道的長(zhǎng)度，從而降低因吸入管道過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致的水力損失，從而有效的提高離心泵的汽蝕余量。

4.3 進(jìn)行合理的管道布置

為了防止汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生，要使得吸入管道在設(shè)計(jì)時(shí)避免出現(xiàn)一些形狀，例如“凸”字型和“幾”字型，并且要使得管道的管路具有一定的坡度。

對(duì)于吸上裝置，要在離心泵口的地方偏心管采用頂平連接，并且使得管路的坡向容器能夠和管路口距離盡可能減少。對(duì)于倒灌裝置，在離心泵口處采用底平連接，然后使得管路坡向泵。

4.4 增加離心泵的吸入壓力

通過(guò)增加前置離心泵的入口壓力能夠極大的提升有效汽蝕余量。在離心泵運(yùn)行中能夠保障前置泵的良好運(yùn)行狀態(tài)，并且保證離心泵入口的壓力足夠大，這些都能夠極大的提升離心泵的有效汽蝕余量。

4.5 提高離心泵本身的抗汽蝕性能

要改進(jìn)離心泵的吸入口到葉輪附近的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加液體的流動(dòng)面積。然后增大葉輪蓋板進(jìn)口部分的曲率半徑，使得液體流動(dòng)的加速和降壓能夠得到有效的控制。[2]然后提高葉輪和葉片進(jìn)口部分的表面光潔度，從而減少因阻力過(guò)大而帶來(lái)的流體能量損失。

應(yīng)用前置誘導(dǎo)輪，使得液體流動(dòng)在前置的誘導(dǎo)輪中能夠比往常的做功流程提前，從而使得液體的有效壓力增加。采用雙吸葉輪，讓液體從兩側(cè)流入雙吸葉輪，這樣就可以讓液體進(jìn)口擴(kuò)大一倍，使得流速降低。

5 結(jié)語(yǔ)

由于效率指標(biāo)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為重要，因此在離心泵的整體運(yùn)轉(zhuǎn)中，在滿(mǎn)足裝置汽蝕余量的前提下，為了效率指標(biāo)而犧牲汽蝕余量的指標(biāo)，因此需要對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行深入的分析和探討，并對(duì)預(yù)防汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生提供有利的措施。