有效減輕泵在運(yùn)行中汽蝕破壞的方法簡(jiǎn)介

  汽蝕是液力機(jī)械中常見(jiàn)的故障之一，由于進(jìn)口池或管路設(shè)計(jì)不合理，以及未充分考慮大氣壓、溫度、介質(zhì)氣化壓力的變化等常常因?yàn)槠g而引起泵的過(guò)早失效。


已經(jīng)安裝服役的泵幾乎沒(méi)有辦法*克服泵本身汽蝕性能差造成的汽蝕破壞（《泵手冊(cè)》*分冊(cè)）。本文將主要介紹減輕在役泵汽蝕破壞的方法，這些方法在實(shí)際應(yīng)用中均取得了明顯的效果。

一、汽蝕的產(chǎn)生原因

汽蝕是由液體汽化引起的，液體分子逸出液體表面，成為氣體分子的過(guò)程，稱為“汽化”。液體的汽化程度與壓力的大小、溫度高低有關(guān)。溶解于液體中的氣體，在壓力和溫度變化時(shí)也會(huì)釋放出來(lái)，形成汽穴。當(dāng)液體內(nèi)部壓力下降，低于液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，在局部區(qū)域形成汽泡或汽穴；而在壓力升高的地方汽泡突然被四周的壓力壓破，液流因慣性以*的速度向汽泡的中心擠壓，對(duì)設(shè)備造成水力沖擊。這種微泡的產(chǎn)生、潰裂以及對(duì)過(guò)流表面產(chǎn)生物理和化學(xué)作用的整個(gè)過(guò)程稱為汽蝕。

如果液體中不含任何雜質(zhì)，即使在壓力很低時(shí)也不會(huì)發(fā)生汽蝕。國(guó)外的汽蝕研究者通過(guò)試驗(yàn)認(rèn)為，超高純水的抗拉強(qiáng)度（即產(chǎn)生空穴的極限）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)通常的金屬材料的抗拉強(qiáng)度。但通常的液體中總是含氣體或固體，這些雜質(zhì)成為汽蝕核子，在一定條件下誘發(fā)空穴的發(fā)生。含砂水流由于水與砂的比重不同，砂粒運(yùn)動(dòng)軌跡與流線脫離，可能會(huì)加速汽蝕的發(fā)生。筆者在論文“泥漿泵的汽蝕及抗磨抗汽蝕材料” （《潤(rùn)滑與密封》1993）中進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

二、在役泵的汽蝕診斷方法

泵的使用者通常無(wú)法利用制造廠流量一定時(shí)揚(yáng)程的下降來(lái)判定汽蝕是否發(fā)生的方法。在役泵是否發(fā)生汽蝕，除在汽蝕破壞后觀察法外可以采用（1）超聲波法；（2）泵體外噪聲法；（3）振動(dòng)法等方法判斷。

觀察法：破壞表面觀察法是在事后觀察方法，根據(jù)破壞的表面形狀來(lái)進(jìn)行判斷。由于汽蝕、鑄造氣孔、沖刷磨損、腐蝕等均會(huì)造成金屬表面形狀與理想形狀的不同。汽蝕破壞的金屬表面通常顯現(xiàn)蜂窩狀，它是由局部高速水打擊金屬而使金屬表面疲勞破壞，所以蜂窩孔一般是與外部相通的，大多數(shù)的坑槽與金屬表面垂直。鑄造缺陷的疏松往往深藏在金屬內(nèi)部，有時(shí)由于水流的沖刷將金屬內(nèi)部的疏松、氣孔呈于表面而誤認(rèn)為是汽蝕，但當(dāng)我們用機(jī)械的方法繼續(xù)去處表面時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部仍有氣孔。沖刷磨損痕跡往往出現(xiàn)與水流方向相同的溝槽，但要注意有時(shí)有水流旋渦。

噪聲法：泵體外噪聲法比較簡(jiǎn)單，可以不與泵體接觸。但由于噪聲法受周?chē)h(huán)境噪聲的影響較大，當(dāng)顯示其強(qiáng)度zui高時(shí)。一般水泵汽蝕已達(dá)到非常強(qiáng)烈的階段，這時(shí)人耳已能通過(guò)強(qiáng)烈的汽蝕爆裂聲判別汽蝕工況。因此，泵體噪聲法不太適合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)汽蝕的發(fā)生。

振動(dòng)法：這種方法是通過(guò)加速度計(jì)探頭測(cè)量泵體振動(dòng)頻率的一種方法，方法簡(jiǎn)單，但靈敏度較低。特別對(duì)于大泵，泵體剛度大。對(duì)泵內(nèi)局部汽蝕引起的汽泡潰裂所產(chǎn)生的激振反應(yīng)遲鈍，同時(shí)，泵上振源較多。由于汽蝕引起的振動(dòng)常被掩沒(méi)在其它振動(dòng)之中。因此，振動(dòng)法只適宜作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)汽蝕的輔助手段。

超聲法：超聲波法測(cè)量汽蝕方法簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，且不受其它環(huán)境噪聲的干擾，對(duì)汽蝕的發(fā)生和發(fā)展敏感性強(qiáng)。因此，作為泵站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視汽蝕是一種比較理想的方法。

另外，撫順石油學(xué)院化工機(jī)械研究所趙會(huì)軍介紹了用電測(cè)法預(yù)測(cè)離心泵汽蝕性能（《石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)》1997）。

 三、減輕在役泵的汽蝕破壞的方法

1、進(jìn)水池

在使用現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)發(fā)生汽蝕（包括其它故障）的泵查看進(jìn)水池的流動(dòng)狀況是十分必要且又方便易行的。如果池表面能看到強(qiáng)力的旋渦，應(yīng)該考慮加破渦板。

另外，管口與進(jìn)水池的幾何尺寸也應(yīng)注意。如：管口離池壁的距離是否合適，是否有氣泡進(jìn)入泵吸入管。

注意水池水位是必要的，抬高進(jìn)水池水位可以減輕甚至*阻止汽蝕的發(fā)生。

解臺(tái)泵站對(duì)進(jìn)水口改造，汽蝕浸蝕減少45%左右。齊魯石化的劉克旺、孫敬河等人在循環(huán)泵進(jìn)口添設(shè)破渦板后泵的汽蝕不再發(fā)生且流量從不穩(wěn)定的8500、8000m3/h分別提高到穩(wěn)定的9700、8200m3/h。

2、進(jìn)水管路

進(jìn)口管路的設(shè)置除應(yīng)該盡量使管路損失小（如盡量少的彎頭和不必要的閥門(mén)）外，讓進(jìn)水管不得有高于泵進(jìn)口的部位以防止管內(nèi)積氣。

1995年赤水天然氣化肥廠在循環(huán)泵進(jìn)口橡膠膨脹接為1000mm，而管子為800mm。為此增加了放氣管，解決了由于其阻造成的壓力下降，解決了汽蝕問(wèn)題。

3、調(diào)整泵流量

新疆電力設(shè)計(jì)院王衛(wèi)東建議由于我國(guó)采用的原阻力計(jì)算公式來(lái)源于原蘇聯(lián)，其阻力計(jì)算值比實(shí)際的大，阻力計(jì)算宜采用新公式進(jìn)行。否則，泵在大流量運(yùn)行容易發(fā)生汽蝕（《西北電力技術(shù)》2000）。

在水泵設(shè)計(jì)選型與實(shí)際有一定的偏差時(shí)，水泵產(chǎn)生汽蝕和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行可以通過(guò)切削葉輪來(lái)加以解決，以期達(dá)到消除汽蝕，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的目的，實(shí)踐證明，這種方法確實(shí)行之有效。

4、利用引射結(jié)構(gòu)

噴射裝置在原理上相當(dāng)于液-液噴射泵。在泵的出口處引出一高壓水引到如圖所示的高壓水室內(nèi)，高壓水通過(guò)環(huán)形噴嘴進(jìn)入泵的吸入管內(nèi)。高壓水與吸入管內(nèi)的水混合、交換能量，混合后的混合水能量相對(duì)于原吸入管的水能量增加，從而滿足泵進(jìn)口所必須的汽蝕余量。

浙江大學(xué)的吳昱等人對(duì)此進(jìn)行了介紹（浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文2003年），論文中介紹了引射裝置的引回流量宜控制在2%-5%之間。張德煌老在長(zhǎng)沙曾采用過(guò)類似方法對(duì)100口徑的多級(jí)泵進(jìn)行試驗(yàn)，取得了明顯效果。其方法是用1/2的管將平衡盤(pán)后的水引至泵進(jìn)口，泵系統(tǒng)的裝置汽蝕余量降低了0.5~0.8m。

武漢大學(xué)的郭迪龍等人介紹了一種射流－離心泵裝置。這種裝置相當(dāng)于射流泵與離心泵串聯(lián)工作，對(duì)大吸程的泵十分有效，但一般不適合于在役泵的改造。

5、進(jìn)口補(bǔ)氣

補(bǔ)氣的方法并不能防止汽蝕空穴的產(chǎn)生，但適當(dāng)補(bǔ)氣會(huì)減輕空穴破裂時(shí)產(chǎn)生對(duì)流道邊壁的破壞，補(bǔ)入的氣體象一層保護(hù)流道邊壁的海綿。這種方法在水輪機(jī)等中普遍采用，但向泵內(nèi)補(bǔ)氣由于補(bǔ)氣量難于掌握使用非常少。

武漢水利電力學(xué)院孫壽、顏錦文對(duì)補(bǔ)氣防水泵汽蝕進(jìn)行了研究并取得了一定效果，但同時(shí)指出：補(bǔ)氣防治水泵汽蝕，技術(shù)性很強(qiáng)，只有補(bǔ)氣流量、補(bǔ)氣位置和補(bǔ)氣方式洽當(dāng)，才能取得好的效果。否則，會(huì)使泵的流量、揚(yáng)程和效率下降很多，引起不良后果