工业离心泵汽蚀现象分析及措施

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摘要:液体在一定温度下,降低压力至该温度下的汽化压力时,液体便产生气泡,把这种产生汽泡的现象称为汽蚀。汽蚀能产生振动和噪音,降低泵的性能,破坏过流部件。

液体在一定温度下,降低压力至该温度下的汽化压力时,液体便产生气泡,把这种产生汽泡的现象称为汽蚀。汽蚀能产生振动和噪音,降低泵的性能,破坏过流部件。离心泵在使用中产生汽蚀对泵的性能及生产会带来很大的问题,那么汽蚀是怎么产生的,有哪些应对措施呢?

一、汽蚀产生的过程
1、当泵的流量大于设计流量时,液体撞击叶片背面,低压力部位在叶片进口靠近前盖板的叶片正面上。
2、当泵的流量小于设计流量时,液体在进口撞击叶片正面,低压力在叶片进口处靠近前盖板的叶片背面上。
3、气体产生
如液体压力降低到汽化压力或更低时,液体会汽化产生汽泡,还有原来溶于液体现因压力降低而逸出的气体。
4、气泡破灭
流到高压区,迅速凝结,气体重新溶人液体造成局部真空,四周液体质点以极大速度冲来,互相撞击,产生局部高达几十MPa的压力,引起噪音和振动。
产生过程:低压区→产生气泡→高压区→气泡破裂→产生局部真空→水力冲击→发生振动、噪音,部件产生麻点、蜂窝状的破坏现象。

二、汽蚀的危害
1、使泵产生振动和噪音
汽泡破灭时,液体互相撞击,同时也在撞击金属表面,这样就会产生各种频率的噪音,严重时可听见泵内“劈啪”的声音。同时引起机组振动,而机组振动频率与撞击频率成整数倍,则产生更强烈的汽蚀共振,致使机组被迫停车。
汽蚀不仅对水力机械的正常运转威胁很大,而且也是水力机械向高速发展的重要障碍。因为当流体流速越高时,就越容易造成某一局部压力越低,更易于液体汽化造成汽蚀。
2、使过流部件被剥落破坏
汽泡破灭区的金属受高频高压液击而发生疲劳破坏,氧气借助汽泡凝结时的放热,对金属有化学腐蚀作用。在上述双重作用下,叶轮外缘的叶片及盖板、蜗壳或导轮等处会产生麻点和蜂窝状的破坏。
通常受汽蚀破坏的部位多在叶轮出口附近和排液室进口附近,汽蚀初期,表现为金属表面出现麻点,继而表面呈现沟槽状、蜂窝状、鱼鳞状;严重时可造成叶片穿孔甚至叶轮破裂、酿成严重事故,严重影响了泵的使用寿命。
3、使泵的性能下降
汽蚀使叶轮和液体之间的能量传递受到严重干扰。大量汽泡的存在堵塞了流道,破坏了泵内液体的连续流动,使泵的流量、扬程和效率都明显下降,严重时出现断裂工况。

三、应对汽蚀的措施
1、避免发生汽蚀的措施
1)降低液体温度(使液体饱和压力降低);
2)减小吸上高度或变净正吸入为灌注吸入(使吸口压力增大);
3)降低吸入管阻力(采用粗而光滑的吸管,减少管路附件等);
4)关小排出阀或降低泵转速(降低流量)。
2、提高泵抗蚀性能的措施
1)改进叶轮入口处形状(加大进口直径、加大叶片进口边的宽度、增大叶轮前盖板转弯处的曲率半径、采用扭曲叶片、加设诱导轮);
2)采用抗蚀材料(铝铁青铜、2Gr13、稀土合金铸铁、高镍铬合金);
3)叶轮表面光滑,叶片流道圆滑。

四、汽蚀余量Δh
汽蚀余量Δh:是指泵的入口处的液体具有的压头与液体汽化时的压头(饱和蒸汽压头pv /ρg)之差。又称NPSH静正吸上水头。
有效汽蚀余量Δha :工作时实际具有的汽蚀余量。
必需汽蚀余量Δhr :避免汽蚀所必需的汽蚀余量。
必需汽蚀余量Δhr很难用理论准确求得,均用试验确定。等于试验中的临界汽蚀余量Δhc+0.3m。且取决于泵的结构型式和流量。必需汽蚀余量Δhr和允许吸上真空高度Hs均由试验得出,均来表示泵的吸入性能好坏。
▲当有效汽蚀Δha降到低于必需汽蚀余量Δhr时,产生噪音、振动、压头明显降低,称不稳定汽蚀区。
▲当有效汽蚀Δha进一步降低,噪音和振动并不强烈,压头和流量脉动消失,特性曲线呈一条下垂线,称“断裂工况”,也称“稳定汽蚀”。
▲不同的吸高Zs(Zs3 >Zs3 > Zs3),吸高Zs越大,有效汽蚀余量Δha越小,断裂工况向小流量的方向移动,不发生汽蚀的流量范围越小。

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