泵汽蚀原因及解决方法探讨

　　[摘要]本文针对兰州石化公司动力厂供水部第一循环水场泵房一台离心泵在运行过程中出现严重汽蚀的问题，从泵产生汽蚀的机理及流体力学方面的基本公式，分析超流量对泵汽蚀的影响并总结出泵汽蚀的各种原因及其解决方法。
　　[关键词]离心泵，汽蚀，原因，方法
　　1引言
　　离心泵是循环水场的主要设备，为整个循环水的流动提供动力。但是，在离心泵的使用和维护中，有很多问题需要引起我们的注意。其中尤为突出的是离心泵的汽蚀问题。有效地防止离心泵的汽蚀，不仅能够使装置运行得更稳定，而且能够延长离心泵的使用寿命。
　　兰州石化公司动力厂供水部离心泵都是由电动机驱动的。当启动离心泵后，泵轴带动叶轮高速旋转，流体从叶轮获得能量，并随之旋转。在离心力作用下流体在进行圆周运动的同时还作径向运动，从叶轮中心被迅速甩向泵壳。流体进入泵壳后由于流道增大，其速度减小，大部分动能转化为静压能，使汇集到泵壳的流体形成高压液流从泵的出口排出。当泵内流体自叶轮甩向泵壳时，在叶轮中心处形成低压区，入口阀门处的流体在大气压力推动下，经吸入管吸入泵内。只要叶轮持续转动，流体就会被连续不断地吸入和排出，达到输送流体的目的。
　　离心泵工作时，在叶轮中心区域产生真空形成低压而将液体吸上。形成的低压越低，则离心泵的吸上能力越强，表现为吸上高度越高。但是，真空区压强太低，以至于低于液体的饱和蒸汽压，则被吸上的液体在真空区发生大量汽化产生气泡。含气泡的液体进入高压区后急剧凝结或破裂。因气泡的消失产生局部真空，周围的液体就以极高的速度流向气泡中心，瞬间产生了极大的局部冲击力，造成对叶轮和泵壳的冲击，使泵体的材料受到破坏。我们常把泵内气泡的形成和破裂而使叶轮材料受到破坏的过程，称为汽蚀现象。
　　2008年4月14号，发现第一循环水场3#冷水泵振动严重，有杂音，检查发现，泵汽蚀严重，叶轮已被严重损坏。如图1和图2。从图中可以看出，离心泵叶轮有多处穿孔，叶轮损坏严重。

　　图1汽蚀破坏的叶轮
　　
　　图2汽蚀破坏的叶轮
　　2设备的状况及工况调查
　　兰州石化公司动力厂供水部第一循环水场3#离心泵泵是工业冷水泵，输送的是工业冷水，水温在26摄氏度以下，排出水压力0.72MPa，额定流量是3600m3/h，额定功率是900KW，主轴转速是1480r/min。
　　第一循环水场分为西工系统和添加剂两个系统。3#泵是是西工系统的冷水泵，为了满足循环冷水的工艺要求，在开一台冷水泵的时候，3#泵的实际流量最高可以达到4500m3/h，这远远超过了泵的额定流量。
　　3超流量对泵汽蚀的影响
　　(1)有效汽蚀余量
　　有效汽蚀余量是指液流自吸液罐（池）经吸入管路到达泵吸入口后，高出汽化压力所富余的那部分能量头，用表示，即：
　　m（式3.1）
　　式中，分别为液流在泵入口处的压力和速度，。
　　由伯努利方程可知
　　（式3.2）
　　可以认为式中，即为泵的安装高度，为吸入管内的安装流动损失。将式3.2代入3.1，则有：
　　(3.3)
　　对于第一循环水场3#冷水泵：是冷水池水面上的压力，而冷水池是与空气连通的，也就是大气压，所以，是定值。是水的输送温度下的饱和蒸汽压力，也是定值。显然对于具体的装置也是定值，根据沿程水头损失Hf＝kVm(层流时，取m＝1，即沿程水头损失与流速的一次方成正比；紊流时，取m＝1.75～2.0，即沿程水头损失与流速的1.75～2.0次方成正比)得出吸入管的安装流动损失随水的流速增大而增加的，在流量增大的情况下，水的流速增大，吸入管的安装流动损失增大，根据公式3.3，有效汽蚀余量减小。所以随流量的增大而减小。
　　（2）泵的必需汽蚀余量
　　泵的必需汽蚀余量是表示泵入口到叶轮内最低压力点处的静压能量降低值，用表示如下：
　　m（3.4）
　　式中和为叶片进口稍前的O截面上的液体绝对流速和相对流速，为绝对流速和相对流速引起的压降能头系数。为液体绕流叶片的压降能头系数，显然，愈小，泵愈不易发生汽蚀。
　　显然，在流量增大时，和增大，根据公式3.4，泵的必需汽蚀余量增大。所以随流量的增大而增大。
　　（3）汽蚀判别式
　　根据泵发生汽蚀时泵内最低压力点的压力等于液体输送温度下的饱和蒸汽压力，将与联成一式，则有
　　=
　　m（3.5）
　　式3.5即为离心泵发生汽蚀的判别式，亦称为汽蚀基本方程式。这样有：
　　>泵不发生汽蚀
　　=泵开始产生汽蚀
　　<泵严重汽蚀〔1〕
　　上面已经说明流量增大的情况下，有效汽蚀余量减小，必需汽蚀流量增大。再根据汽蚀的判别式，可以得出流量增大是导致泵的汽蚀原因之一。
　　4导致泵汽蚀的常见原因
　　导致泵汽蚀的原因很多，而有效汽蚀余量小于必需汽蚀流量是直接原因，而引起有效汽蚀余量降低的主要原因有如下四个方面：
　　（1）大流量引起叶轮进口速度增加，从而引起泵进口至叶轮以及进口管路中的压力降增加；
　　（2）非常低的流量造成液体不正常升温，液体从叶轮获得能量，以及泵内部间隙增大引起内部泄漏增加，使液体获得附加能量，引起液体汽化；
　　（3）系统的变化引起进口压力损失（液位下降或进口管路阻塞）；
　　（4）泵进口系统中液体被意外加温，引起泵进口液体汽化压力升高。〔2〕
　　5汽蚀的危害
　　（1）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，继而延至叶片出口。起初是金属表面出现麻点，继而表面呈现槽沟状、蜂窝状、鱼鳞状，严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔，甚至叶轮破裂，如图1和图2，3#泵叶轮上就已经有了多处穿孔。
　　（2）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。

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