水泵汽蚀和防治措施

1、水泵汽蚀和防治措施摘 要：针对水泵的汽蚀问题，通过分析了水泵汽蚀现象产生的原因、汽蚀对水泵性能的影响、汽蚀的类型、及水泵汽蚀现象的危害,提出了防止和减轻汽蚀的几点意见。Abstract：Inview of water pump cavitation problem,through the analysis of pump cavitation phenomenon causes cavitation performance of pumps,the type of cavitation,and pump cavitation phenomenon was proposed to prevent

2、 and mitigate cavitation several point of view.关键词： 水泵汽蚀 汽蚀类型 减轻和防治汽蚀的措施Keywords:pump cavitation,cavitation type,mitigation and prevention measures cavitation 1前言水泵是把原动机的机械能转换成抽送液体能量的机器。用来增加液体的位能、压能、动能。原动机通过轴带动叶轮旋转，对液体作功，使其能量增加，从而使需要数量的液体，由吸水也经水泵的过流部件输送到要求的高处或要求压力的地方。衡量泵性能的主要因素有流量（Q）、扬程（H）、转速（n）、汽蚀余

3、量（NPSH）及功率（W）和效率（）。农业常用的离心泵、轴流泵和混流泵均属叶片式泵。叶片式泵的常见损坏形式是汽蚀，在水泵叶轮的正面、背面及前盖内表面等处，布满了大小不等的麻点，严重时有蜂窝状凹坑和空洞。其具体表现有:水泵机组在运行中产生刺耳的噪音；水泵产生汽蚀，扬程、流量显著降低，严重时中断供水，不能工作；水泵机组在运行中产生剧烈振动，严重时能威胁机组的安全。2汽蚀产生的原因汽蚀产生的原因，简单的说是由气泡的产生和破灭引起的。在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。在一定温度条件下，水开始沸腾时的水面压力称为汽化压力。压力愈低，水愈容易沸腾。水在管路中流动时，

4、由于管道截面积的变化，水流的速度和压力也随之变化。等流量的水通过管路时，截面积大，则流速小、压力大；截面积小，则流速大、压力小。当水流压力小到汽化压力时，水流内就产生由蒸汽和其它气体组成的气泡，气泡随水流流到压力较高的管段时，就会被压灭。在气泡被压灭同时，气泡周围的水质点一齐向气泡中心位置冲击，产生很高的局部冲击力，并伴有气泡被压灭的响声。如气泡在叶片、管壁或前盖内表面等处破灭，就像用金属锤连续敲击这些部位，使金属表面发生疲劳剥落。久而久之，形成许多麻点，甚至产生凹坑和空洞。3水泵汽蚀类型3.1叶型汽蚀这是水泵普遍具有的汽蚀现象。是发生在叶片表面的汽蚀，汽蚀破坏区在水泵叶轮的叶片表面上，在正面

5、和背面，称为叶面型汽蚀。主要是因为水泵安装过高，或流量偏离设计流量过大时产生的汽蚀现象。其空泡形成和溃灭多发生在叶片的正面和背面或前轮盘内表面处以及叶片的根部。离心泵在大流量时（如图1），叶面型汽蚀发生在1、4、3几个部位，小流量时，发生在2、4、1几个部位。轴流泵（如图2）在大流量时叶面型汽蚀发生在叶片的正面，小流量时发生在叶片的背面。 图1 离心泵产生汽蚀部位 图2 轴流泵产生汽蚀部位1、5叶片正面汽蚀;4前盖板汽蚀; 1叶片正面汽蚀;2叶片背面汽蚀;2、3叶片背面汽蚀 3间隙汽蚀;4轮殻体表面汽蚀;5导叶汽蚀3.2间隙汽蚀当水泵在低负荷运行时，当水流流经离心泵的回流槽等缝隙时，水流通过突

6、然变窄的间隙，速度增加而压强下降，也会产生汽蚀。轴流泵的叶片外缘与泵壳之间很小的间隙内，在叶片正、背两侧很大的压强差作用下，引起极大的回流速度，造成局部压降，引起间隙汽蚀。在泵壳对应叶片外缘部位形成一圈蜂窝麻面汽蚀带。在离心泵的减漏环与叶轮外缘间隙处，亦会引起间隙汽蚀。3.3旋涡汽蚀涡带汽蚀是由于进水建筑物、进水构筑物设计不当，造成了水泵进口处水流的紊乱和漩涡，产生了涡带，把大量的气体周期性地带入水泵内。即使在水泵叶片本身不产生叶面汽蚀的情况下，由于涡带的产生也会在叶片低压区产生周期性的强度很大的叶面汽蚀。当漩涡的旋转方向与水泵的旋转方向相同时，使相对运动削弱，流量减小、扬程降低、效率下降、功

7、率增加（轴流泵）或减少（离心泵），引起超载（轴流泵）或欠载（离心泵）；当漩涡的旋转方向与水泵的旋转方向相反时，使相对运动加强，流量增加、扬程增高、效率下降、离心泵的功率增加或轴流泵的功率减少，引起超载（离心泵）或欠载（轴流泵）。4.水泵汽蚀基本关系式为了使水泵安全运行，避免汽蚀现象发生，必须根据水泵样本上所规定的允许吸上真空度Hs或允许汽蚀余量h们来合理地确定水泵的安装高程（水泵的安装高程是指水泵的基准面高程，基准面与水泵类型，大小和安装方式有关）。允许吸上真空高度Hs或允许汽蚀余量h是表征水泵汽蚀性能的参数。我国在实用上对于离心泵和混流泵均以Hs表示，轴流泵以h表示。4.1水泵吸上真空度Hs

8、如图3所示，以进水池水面0-0为准基准面，列出0-0及水泵进口处1-1断面的能量方程式: （1）其中，0为位置水头(米)； 为进水池而积的绝对压力水头(米)；为进水池水面的流速水头，因v。很少可忽略不计(米)；为水泵的吸水高度，即泵轴高于水面的垂直高度(米)；断面1-1的绝对压力水头(米)；为断面l-l的流速水头(米)，为进水管路中的水头损失(米)；图3 离心泵的吸水高度如果作用在进水池水面的压力p。就是大气压Pa，则(l)式可以简化为: (2)其中，就是安装在水泵进口的真空表读数，称吸上真空度，用Hs表示即 (3)由此可见，水泵的吸上真空度Hs比水泵的吸水高度多一个吸水管水头损失和水泵进口处

9、的流速水头。如果泵在某个流量下运转，则项是定值.也近于定值，则吸上真空度Hs随水泵的吸水高度增加而增大。当增大至某一数值后，水泵开始发生汽蚀，此时的吸上真空度叫最大吸上真空度(又叫临界吸上高度)，以Hsmax表示。该值通常通过试验求得。为了保证水泵运行时不发生汽蚀，同时又有尽可能大的吸上真空度，规定留0.3米的安全量，即将试验得出的Hsmax减去0.3作为允许吸上真空高度，以Hs表示之。泵的允许吸上真空高度愈高，说明抗汽蚀性能愈好。水泵运行时，水泵吸上真空度Hs不应超过样本上规定的Hs值，即Hs<Hs。4.2水泵汽蚀余量h汽蚀余量是指水泵进口处单位重量的水所具有的超过该工作温度时的汽化压

10、力的富余能量，用米水柱表示。对图2所示的离心泵装置，汽蚀余量h为: (4)其中，为水泵进口处的绝对压力水头(米)，为水泵进口处的流速水头(米)，为工作温度下的汽下压力(米水柱).由式(2)、(3)知 (5)把(5)式代入(4)式得 (6)将(3)式代入(6)式得 (7)对图4所示的立式轴流泵装置，因叶轮淹没于水下，为负值，则汽蚀余量h为 (8)图4 轴流泵吸水高度计算图由公式(6)、(7)、(8)可知，水泵的汽蚀余量和、及，有关。在 、一定的情况下，汽蚀余量h随水泵的吸水高度以及吸水管路的水头损失而变化，如图5所示。因此，它是由泵吸入侧管路的装置条件及通过的流量所决定，与泵本身无关。它是液体进

11、入泵前被用来防止汽化所剩余的一部分能量，称为有效汽蚀余量，国外用NPSHava表示:水泵汽蚀试验就是通过泵的吸水高度或增大吸入管路阻力等方法，测出水泵开始发生汽蚀时的最大吸上真空度Hsmax，将它代入(6)所求得的汽蚀余量也就是最小的汽蚀余量，以hmin表示，即 (9)是由泵本身所决定的，称之为必需汽蚀余量，国外用NPSHRe表示。为安全计，使用时规定加0.3米的安全量作为允许汽蚀余量，以h表示，水泵祥本上都规定有h的数值。泵的汽蚀余量数值愈小，说明泵的抗汽蚀性能愈好。为了使水泵在运行中不发生汽蚀，要求水泵保持一定的汽蚀余量，并应满足h<h。图5 离心泵h和H吸的关系5水泵汽蚀的危害5.

12、1水泵的工作性能恶化水泵发生汽蚀时，因水流中含有气泡，引起水泵工作性能的变化，此变化对不同类型的水泵是不同的。对于转数较低的水泵（如离心泵），因水泵叶片流槽狭长，很容易被气泡所阻塞。汽蚀刚开始时，气泡占据一定的槽道面积，水泵的扬程、功率和效率开始下降，但对水泵的正常工作没有明显的影响；而当汽蚀发展到一定程度时，气泡大量产生，并迅速扩展到叶槽的整个宽度，水泵的扬程、功率和效率急剧下降，最后水泵停止出水（见图6）。对于转数较高的水泵（如轴流泵），因水泵叶片流槽较宽，不易被气泡阻塞，汽蚀发生后，叶槽中总有部分槽道的压力大于汽化压力，所以QH曲线是逐渐降低的，没有急剧变化的阶段，只是Q曲线有较为明显的

13、下降趋势（见图7）。混流泵发生汽蚀时的性能曲线开始缓慢下降，到某一流量时则突然下降。5.2水泵过流部件发生破坏当气泡受高压水流挤压破坏，高压水流冲向气泡中心时，由于很强的冲击碰撞，产生剧烈的水锤，由于水锤的打击作用，使部件的表面形成塑性的变形和硬化，产生金属疲劳现象。材料性质变脆，产生剥蚀和裂纹。经常作用而形成麻点，进而形成裂隙，直到水泵的叶轮或泵壳被蚀坏，甚至形成断裂现象。由于水流在槽道中高速运动，材料表面有微凸和微凹的颗粒与麻点，在水中相对运动，则形成“微活塞运动”，这样在高压区也产生负压和高压，不断地交替变化，造成水泵叶片正面全面汽蚀破坏。有的泵站经常发生这种现象，不得不经常换掉水泵的叶

14、轮。有资料表明，在汽蚀过程中还有“电蚀”现象。水中含泥沙较多时，还伴随着磨蚀的可能。5.3发生振动和噪音水泵发生汽蚀时，水流质点互相碰撞和挤压，会产生剧烈的振动，造成机组零部件的破坏，严重时水泵不能抽水，甚至造成水泵装置和泵房结构的破坏，危及建筑物的安全。发生汽蚀时，有时产生啸叫的噪音，危及泵站中运行操作人员的健康。图6 离心泵发生汽蚀时的性能曲线 图7 轴流泵发生汽蚀时的性能曲线5.4能耗和管理费用增加水泵发生汽蚀后，效率随汽蚀程度的不同而有所下降，严重时可下降3040，所以使水泵的能耗增加。有试验数据显示，效率下降1020，能耗将增加56。加之对严重剥蚀的零件要进行修复或更换，增加了管理费

15、用，同时会缩短水泵使用年限，使泵站经济效益下降。水泵的安装高程过高，严重时甚至吸不上水来，使泵站不能正常工作。6水泵汽蚀的常见原因 泵内局部压力降低到水的汽化压力是产生汽蚀的直接原因，或者说汽化是形成汽蚀的先决条件。造成泵内压力过低的原因大致有一下几个方面：（1）水泵吸水高度过大。随着水泵吸水高度增加，泵进口处的真空度增加，致使泵内压力降得过低。造成吸水高度增加的原因大多是水泵工作期间进水池水位下降过大。（2）水泵进水条件较差。如果进水池产生漩涡使进入水泵的水存在预旋或将空气带入水泵，以及弯肘形进水流道在其出口处（叶轮进口处）所形成的流速、压力分布不均匀，都会导致汽化及汽蚀的产生。有关试验表明

16、，水中含气量越大，就越易产生汽化。（3）水泵偏离设计工况运行。在这种情况下叶片进口处将形成冲击入流，水流脱离叶面而出现低压。（4）安装地点海拔高程过高或水泵抽送的水流温度过高。这是因为海拔越高，大气压力越低，相应地在泵吸入口的压力也就越低；而水温越高，汽化压力就越大，水流就越易汽化。（5）水泵过流部件材料抗汽蚀能力较差；（6）泵本身汽蚀性能较差。（7）泵内水流经过狭窄的间隙。这时流经间隙的水流速度增大，使间隙处的压力下降形成汽化。7减轻和防治汽蚀的措施水泵的汽蚀是由水泵本身的汽蚀性能和抽水装置的使用条件来决定的。为防止水泵汽蚀，一方面应提高水泵自身的抗汽蚀性能，另一方面则应合理布置水泵的吸水管

17、路系统，是水泵合理的运行。一定程度的汽蚀往往总是发生，减轻和防治汽蚀措施如下：7.1正确地确定水泵安装高程在设计泵站时，要使装置汽蚀余量大于水泵的允许汽蚀余量，或者水泵进口处的吸上真空度小于水泵的允许吸上真空度。同时，应充分考虑抽水装置可能遇到的各种工作情况，以便正确地确定安装高程。7.2要有良好的进水条件进水建筑物内的水流要平稳、均匀，不产生漩涡。大中型泵站的进水流道要设计得合理，进入叶轮的水流速度和压强要接近正常分布，避免产生局部低压区。7.3尽量减少进水管路水头损失在设计泵站时，应尽量缩短进水管路的长度，减少管路的附件，管道内壁应光滑和适当加大进水管的直径。7.4提高汽蚀区的压强在水泵进

18、水管内，注入少量水或空气，可以缓和汽泡破灭时的冲击，并减小汽蚀区的真空度。但注入量必须控制，否则反而会使水泵工作性能变坏。将出水管的高压水引入泵的进口，可以提高叶轮进口的压强，从而提高泵的抗汽蚀性能。但减小了水泵的出水量，降低了水泵的效率。7.5降低工作水温，保持稳定运行夏季气温较高，可掺井水混合或在引水渠、进水建筑物处加遮热晒措施，以减轻汽蚀现象的危害程度。水泵如果转速不稳，泵进口处真空度也会变化。在转速突然增高的一瞬间，泵进口处真空度升高，而进水管路中的水存在惯性，来不及补充突然出现的空间而产生气泡导致汽蚀。机组如果转速不稳，也会产生振动，泵内水流也随之产生拉伸压缩运动，导致水泵的汽蚀。因此，电动机或柴油机应保持稳定运转，水泵机组应安装牢固，避免产生转速不稳和振动现象。7.6提高泵本身的抗汽蚀性能泵设计时，要充分考虑叶轮设计的合理性。要充分考虑叶轮进口直径、叶片进口宽度、叶轮盖板进口部分曲率半径、叶片进口边的位置和叶片