离心水泵产生汽蚀现象的原因及解决办法

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摘要:汽蚀现象主要发生在叶轮外缘叶片及盖板,涡壳或导轮处,不会发生在叶片进口处。例如流量大于设计流量时发生在叶片进口靠近前盖板的叶片正面处。

汽蚀现象是指离心水泵安装高度提高时,将导致泵内压力降低,泵内压力最低点通常位于水泵叶轮叶片进口稍后的一点附近,液体以很大的速度从周围冲向气泡中心,产生频率很高、瞬时压力很大的冲击,这种现象称为汽蚀现象。

汽蚀现象主要发生在叶轮外缘叶片及盖板,涡壳或导轮处,不会发生在叶片进口处。例如流量大于设计流量时发生在叶片进口靠近前盖板的叶片正面处。

当叶轮入口处压强下降至被送液体在工作温度下的饱和蒸汽压时,液体将会发生部分汽化,生成的气泡将随液体从低压区进入高压区,在高压区气泡会急剧收缩,凝结,其周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占空间,产生高强度的冲击波,冲击叶轮和泵壳,发生噪音引起震动。

由于长期受到冲击力反复作用以及液体中微量溶解氧的化学腐蚀作用,叶轮局部表面出现斑痕和裂纹甚至成海绵状损坏。

水泵汽蚀发生的原因

产生气蚀现象的原因:本质原因是入口压力小于流体输送温度下的饱和蒸汽压。

离心水泵在运转时,流体的压力从泵入口到叶轮入口而下降,在叶片附近,液体压力最低:此后,由于叶轮对液体做功,压力很快上升。当叶轮叶片入口附近压力小于等于液体输送温度下的饱和蒸汽压力时,液体就汽化。同时,还可能有溶解在液体内的气体溢出,它们形成许多汽泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时,外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力则汽泡会凝结溃灭形成空穴。瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来,造成液体互相撞击,使局部的压力骤然剧增(有的可达数百个大气压)。这不仅阻碍流体的正常流动,更为严重的是,如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭,则液体就像无数小弹头一样,连续地打击金属表面,其撞击频率很高(有的可达2000~3000H),金属表面会因冲击疲劳而剥裂。若汽泡内夹杂某些活性气体(如氧气等),他们借助汽泡凝结时放出的能量(局部温度可达200~300℃),还会形成热电偶并产生电解,对金属起电化学腐蚀作用,更加速了金属剥蚀的破坏速度。上述这种液体汽化、凝结、冲击,形成髙压、髙温、髙频率的冲击载荷,造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为汽蚀现象。

影响水泵汽蚀的因素

影响液体压力和饱和蒸汽压力的因素都会影响汽蚀的发生。

①水泵进口的结构参数:包括叶轮吸入口的形状、叶片入口边宽度及叶片进口边的位置和前盖板形状等

②水泵的操作条件:它包括泵的流量、扬程及转速等

③水泵的安装位置:它包括泵的吸入管路水力损失及安装高度。

④环境因素:它包括泵安装地点的大气压力,介质本身的性质及介质操作温度

离心水泵产生汽蚀的原因

1、水池液位过低,有气体被吸入

2、流速和吸入管路上的阻力太大;

3、泵的安装高度过高

4、被输送的介质温度过高

5、吸入管道、压兰(指不带液封的)密封不好,有空气进入

水泵产生汽蚀的严重后果

汽蚀是水力机械的特有现象,它会带来很多严重的后果

①汽蚀使泵的性能下降

汽蚀使叶轮和流体之间的能量转换遭到严重的干扰,使泵的性能下降,严重时会使液流中断无法工作

②汽蚀使泵产生噪音和振动

气泡溃灭时,液体互相撞击并撞击壁面,会产生各种频率的噪音。严重时可以听到泵内有“噼啪”的爆炸声,同时引起机组的振动。而机组的振动又进一步足使更多的汽泡产生和溃灭,如此互相激励,导致强烈的汽蚀共振,致使机组不得不停机,否则会遭到破坏。

③汽蚀使过流部件被剥蚀破坏

通常离心泵受汽蚀破坏的部位,先在叶片入口附近,继而延至叶轮出口。起初是金属表面出现麻点,继而表面呈现槽沟状、蜂寞状、鱼鳞状的裂痕,严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔,甚至叶轮破裂,造成严重事故。因而汽蚀严重影响到泵的安全运行和使用寿命。

④汽蚀也是水力机械向髙流速发展的巨大障碍,应为流体流速愈高,会使压力变得愈低,更易汽化发生汽蚀

解决离心水泵汽蚀的方案

根据以上对影响汽蚀因素的分析,我们可以得到如下几个解决离心泵汽蚀问题的方案:

①改进泵入口的结构参数

1)改变叶轮形状的设计及优化叶轮的结构参数,改善汽蚀产生的外部条件;

2)叶片及其他水流经的部件应选用抗汽蚀性能良好的材料;

3)减少吸入管的压力损失∑h、吸入管路系统包括底阀、虑水器、管路、弯头、等,使这些部位的安装设计合理,减少损失,也是降低水泵发生汽蚀现象的重要途径;

4)减少泵本身必须的汽蚀余量,为此,可适当加大手级叶轮吸入口直径,或采用无底阀排水。

这一方案适于在离心泵的设计制造阶段,该方法在生产现场很少采用

②在泵的吸入口加装诱导轮

加装诱导轮,对提高离心泵的抗汽蚀性能,解决汽蚀问题,效果很显著。而且其结构简单易于制造安装,运行维修方便,造价低,在不影响生产的前提下即可进行安装调试,特别适于在生产现场推广应用。

③合理设计吸入管路及调整安装高度

1)在安装允许的条件下,尽量减小泵的吸水高度。这样使泵运行中的允许汽蚀余量更大些。一般情况下安装高度在2~3.5m时,降低泵发生汽蚀现象。

2)降低井水的密度,含煤粉和泥沙的矿井水,为了减小矿水密度以减少泵的汽蚀,应在矿井排水之前做沉淀处理。

3)减小水流进泵吸入口的平均流速。

该方法虽能彻底消除汽蚀问题,但在生产现场却很少采用。这是因为调整泵的吸入管路及安装高度,工程量大、施工费用高,并且受施工环境的制约,只有在装置停车或大检修时才能进行;同时,由于工艺条件的限制,调整泵的吸入管路及安装高度又将影响后续工艺,具有连锁反应。

④优化工艺操作条件

在工艺条件允许的情况下,改变泵的流量、扬程、转速及介质的操作温度等操作参数,可以避免汽蚀的发生。但由于工艺条件的限制,优化工艺操作条件具有很大的局限性,大部分情况下效果并不显著。所以,可将该方法作为解决汽蚀问题的辅助方法。

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