水泵運行過程中,如果泵內局部位置的壓力低于該溫度下水的飽和蒸氣壓力①時,水體內的雜質、微小固體顆粒,或在液體、固體的接觸面的縫隙中存在的氣核,會迅速生長為肉眼可看見的空泡②,空泡隨水流到達高壓區(qū)時,在周圍水體的擠壓作用下而潰滅,空泡的生成、潰滅過程涉及需多物理、化學現(xiàn)象,將產生噪聲、振動,并對過流部件材料產生侵蝕作用。這種現(xiàn)象稱為水泵的汽蝕現(xiàn)象。
水泵汽蝕時主要產生三方面的危害:
(1)使水泵性能惡化,汽蝕發(fā)生時將產生大量空泡,水中含有大量空泡時,破壞了水流的正常規(guī)律,使葉槽有效過流面面積減小,流動方向隨之改變,能量損失增大,從而引起水泵流量、揚程和效率的迅速下降,汽蝕嚴重時甚至會出現(xiàn)斷流。
(2)損壞過流部件,資料表明,當空泡被水流帶到高壓區(qū)迅速凝結、潰滅時,水流質點以高速向空泡沖擊,產生強烈的沖擊力,這種沖擊力作用在水泵泵殼和葉輪壁上,其瞬間的局部壓力,可以達到幾十至幾百兆帕,且作用頻率可達每分種2-3萬次,沖擊力非常大。水泵壁面在高強度沖擊力的反復作用下,金屬表面產生局部變形與硬化變脆,產生金屬疲勞現(xiàn)象,使金屬破裂與剝落。除力學作用外,還夾雜著水體中逸出的深入活潑氣體(如氧氣)對金屬的化學腐蝕以及水體對金屬的電化學腐蝕等。在綜合作用下,水泵壁面起初是出現(xiàn)麻點,繼而變成蜂窩狀,嚴重時壁面會在短期內被擊空。
(3)產生振動和噪聲,汽蝕發(fā)生時,隨著空泡的破裂和水流質點彼此間的撞擊,以及高強度沖擊力對泵殼和葉輪的反復沖擊,將使水泵產生振動和強烈的噪聲。當汽蝕振動的頻率與水泵自身的振動頻率接近時,可能會引起水泵的共振,從而大大增加振動的幅度,導致機座和基礎振動產生破壞,所以噪聲和振動也是用來判斷汽蝕是否發(fā)生和消失的主要依據(jù)之一。
二.汽蝕發(fā)生的位置
根據(jù)水泵汽蝕發(fā)生的部位不同,可將汽蝕分為以下四類:
(1)葉面汽蝕:是發(fā)生在葉片表面的汽蝕,主要是因為水泵安裝過高,或流量偏離設計流量過大時產生的汽蝕現(xiàn)象。其空泡形成和潰滅多發(fā)生在葉片的正面和背面或前輪盤內表面處以及葉片的根部。
(2)間隙汽蝕:泵內水流通過突然變窄的間隙時,速度增加,局部壓力下降,也會產生汽蝕。如軸流泵葉片外緣及泵殼之間的間隙內,離心泵密封環(huán)與葉輪外緣的間隙處,由于葉輪進水側與出水側的壓蓋很大,導致高速回流,造成局部壓降,引起間隙汽蝕。
(3)渦帶汽蝕:由于集水池,進水流道設計不良或水泵在非設計條件下工作,也可能在葉輪的下方產生自上而下的帶狀漩渦(簡稱渦帶),當渦帶中心壓力低于汽化壓力時,該渦帶即成為汽蝕帶。
(4)粗糙汽蝕:水流經(jīng)過泵內凸凹不平的內壁面和過流部件時,在突出物的下游也容易產生局部負壓而引發(fā)汽蝕,該汽蝕稱為粗糙汽蝕。
注①:水的飽和蒸汽壓力是指一定水溫時水沸騰時蒸汽壓頭。常用pva(pa)表示。
防止氣蝕產生的方法
離心泵工作時不允許氣蝕產生,因此必須保證npsha-npshr〉s。當npsha不能滿足此要求時,可采取買方(用戶)設法提高npsha值,或賣方(泵廠)設法降低npshr值的方法予以解決,祥見表
方法
優(yōu)點
缺點
備注
買
方
采
取
的
方
法
(1)降低泵的安裝高度(提高吸液面位置或降低泵的安裝位置),必要時采用倒灌方式
可選用效率較高,維修方便的泵
增加安裝費用
此方法且方便,建議盡可能采用
(2)減少吸入管路阻力,如加大管徑,減少管路附件、底閥、彎管、閘閥等
可改進吸入條件,節(jié)約能耗
增加投資費用(指管徑放大)
(3)增加一臺升壓泵
可降低主泵價格,提高主泵效率
增加設備和管路維修量增大
(4)降低泵送液體溫度,以降低氣化壓力
可選用效率較高,維修方便的泵
需增加冷卻系統(tǒng)
(5)避免在進口管路采用閥節(jié)流
避免局部阻力損失
(6)在流量、揚程相同情況下,采用雙吸泵,其npshr值小
有時也可考慮采用
賣
方
采
取
的
方
法
(1)提高流道表面光潔度,對流道進行打磨和清理
方便簡單
加工成本上升
經(jīng)常采用
(2)加大葉輪進口處直徑,以降低進口流速
方便簡單
回流的可能性增大,不利于穩(wěn)定運轉
一般很少采用
(3)降低泵的運轉
簡單易行
同樣流量、揚程下,低速泵價格高、效率低
一般很少采用
(4)在泵進口增加誘導輪
簡單易行
泵的工作范圍有所縮小
經(jīng)常采用
(5)對葉片可調的混流泵、軸流泵,可采用調節(jié)葉片安裝角度的方法
經(jīng)常采用
(6)過流部件采用耐氣蝕的材料,如硬質合金、磷青銅、18-8、crni鋼等
泵的結構、性能曲線均不變
材料成本上升
經(jīng)常采用