水泵運(yùn)行過程中,如果泵內(nèi)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(nèi)的雜質(zhì)、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(dá)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(xué)現(xiàn)象,將產(chǎn)生噪聲、振動,并對過流部件材料產(chǎn)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(chǎn)生三方面的危害:
(1)使水泵性能惡化,汽蝕發(fā)生時將產(chǎn)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(yáng)程和效率的迅速下降,汽蝕嚴(yán)重時甚至?xí)霈F(xiàn)斷流。
(2)損壞過流部件,資料表明,當(dāng)空泡被水流帶到高壓區(qū)迅速凝結(jié)、潰滅時,水流質(zhì)點(diǎn)以高速向空泡沖擊,產(chǎn)生強(qiáng)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(dá)到幾十至幾百兆帕,且作用頻率可達(dá)每分種2-3萬次,沖擊力非常大。水泵壁面在高強(qiáng)度沖擊力的反復(fù)作用下,金屬表面產(chǎn)生局部變形與硬化變脆,產(chǎn)生金屬疲勞現(xiàn)象,使金屬破裂與剝落。除力學(xué)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(xué)腐蝕以及水體對金屬的電化學(xué)腐蝕等。在綜合作用下,水泵壁面起初是出現(xiàn)麻點(diǎn),繼而變成蜂窩狀,嚴(yán)重時壁面會在短期內(nèi)被擊空。
(3)產(chǎn)生振動和噪聲,汽蝕發(fā)生時,隨著空泡的破裂和水流質(zhì)點(diǎn)彼此間的撞擊,以及高強(qiáng)度沖擊力對泵殼和葉輪的反復(fù)沖擊,將使水泵產(chǎn)生振動和強(qiáng)烈的噪聲。當(dāng)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(dǎo)致機(jī)座和基礎(chǔ)振動產(chǎn)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(shè)計流量過大時產(chǎn)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(nèi)表面處以及葉片的根部。
(2)間隙汽蝕:泵內(nèi)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(chǎn)生汽蝕。如軸流泵葉片外緣及泵殼之間的間隙內(nèi),離心泵密封環(huán)與葉輪外緣的間隙處,由于葉輪進(jìn)水側(cè)與出水側(cè)的壓蓋很大,導(dǎo)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(jìn)水流道設(shè)計不良或水泵在非設(shè)計條件下工作,也可能在葉輪的下方產(chǎn)生自上而下的帶狀漩渦(簡稱渦帶),當(dāng)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(nèi)凸凹不平的內(nèi)壁面和過流部件時,在突出物的下游也容易產(chǎn)生局部負(fù)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(chǎn)生的方法
離心泵工作時不允許氣蝕產(chǎn)生,因此必須保證NPSHa-NPSHr〉S。當(dāng)NPSHa不能滿足此要求時,可采取買方(用戶)設(shè)法提高NPSHa值,或賣方(泵廠)設(shè)法降低NPSHr值的方法予以解決,祥見表
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方法
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優(yōu)點(diǎn)
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缺點(diǎn)
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備注
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買
方
采
取
的
方
法
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(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
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可選用效率較高,維修方便的泵
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增加安裝費(fèi)用
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此方法最好且方便,建議盡可能采用
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(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
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可改進(jìn)吸入條件,節(jié)約能耗
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增加投資費(fèi)用(指管徑放大)
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(3)增加一臺升壓泵
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可降低主泵價格,提高主泵效率
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增加設(shè)備和管路維修量增大
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(4)降低泵送液體溫度,以降低氣化壓力
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可選用效率較高,維修方便的泵
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需增加冷卻系統(tǒng)
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(5)避免在進(jìn)口管路采用閥節(jié)流
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避免局部阻力損失
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(6)在流量、揚(yáng)程相同情況下,采用雙吸泵,其NPSHr值小
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有時也可考慮采用
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賣
方
采
取
的
方
法
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(1)提高流道表面光潔度,對流道進(jìn)行打磨和清理
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方便簡單
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加工成本上升
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經(jīng)常采用
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(2)加大葉輪進(jìn)口處直徑,以降低進(jìn)口流速
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方便簡單
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回流的可能性增大,不利于穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)
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一般很少采用
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(3)降低泵的運(yùn)轉(zhuǎn)
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簡單易行
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同樣流量、揚(yáng)程下,低速泵價格高、效率低
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一般很少采用
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(4)在泵進(jìn)口增加誘導(dǎo)輪
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簡單易行
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泵的最大工作范圍有所縮小
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經(jīng)常采用
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(5)對葉片可調(diào)的混流泵、軸流泵,可采用調(diào)節(jié)葉片安裝角度的方法
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經(jīng)常采用
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(6)過流部件采用耐氣蝕的材料,如硬質(zhì)合金、磷青銅、18-8、CrNi鋼等
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泵的結(jié)構(gòu)、性能曲線均不變
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材料成本上升
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經(jīng)常采用
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