水泵的氣蝕現象研究

2013-10-24

1、水泵的氣蝕現象
    （1）什么是水泵的氣蝕現象
      液體在一定溫度下，降低壓力至該溫度下的汽化壓力時，液體便產生汽泡。把這種產生氣泡的現象稱為汽蝕。汽蝕時產生的氣泡，流動到高壓處時，其體積減小以致破滅。這種由于壓力上升氣泡消失在液體中的現象稱為汽蝕潰滅。
    （2）水泵運行中產生氣蝕現象的原因
      泵在運轉中，葉輪內部的壓力是不同的，進口處壓力較低，出口處壓力較高。而液體的氣化溫度是與壓力有關系的：壓力越低(或越高)，所對應的氣化溫度也越低(或越高)。若其過流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進口稍后的某處）因為某種原因，抽送液體的絕對壓力降低到當時溫度下的液體汽化壓力時，液體便在該處開始汽化，產生大量蒸汽，形成氣泡，當含有大量氣泡的液體向前經葉輪內的高壓區(qū)時，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇地
縮小以至破裂。
      在水泵中產生氣泡和氣泡破裂使過流部件遭受到破壞的過程就是水泵中的汽蝕過程。
    （3）水泵氣蝕現象所產生的危害
水泵汽蝕是水泵損壞的重要原因，水泵產生汽蝕后除了對過流部件會產生破壞作用以外，還會產生噪聲和振動，并導致泵的性能下降，嚴重時會使泵中液體中斷，不能正常工作。運行中使水泵抽水的效率降低，顯著減少了水泵的揚程和流量，也減少了水泵的使用壽命。
2、汽蝕余量
    （1）氣蝕余量的概念
      氣蝕余量，又叫動壓降，是指泵進口處單位體積的液體所具有的超過汽化壓力的富裕能量，是用來計算水泵吸水高度的另一種方法。我們知道，當水從水泵進口流到葉片入口附近時，由于沿程過流斷面不斷縮小，使流速增大，同時水在流動過程中，都有水頭損失，因此，葉輪葉片入口附近的水流壓力比水泵進口處的壓力還要低，當該處某點的壓力低至汽化壓力時，水泵內部就會開始發(fā)生氣蝕。從水泵進口處的總水頭中減去葉片入口處壓力低點的壓力水頭所剩的值，就是泵內不出現氣蝕現象時候泵進口處所剩余能量的極限值。這個值就叫做臨界氣蝕余量。
    （2）如何計算氣蝕余量
      水泵氣蝕余由于葉輪機械中流體運動的復雜性，很難從理論上計算出流場中何處可能出現氣蝕，再加上氣蝕現象不僅僅取決于流體的流動特性，還取決于流體本身的熱力學性質，所以，更難于從理論上提出氣蝕發(fā)生的判據。因此，在實踐中往往是采用經驗加實驗的辦法來提出氣蝕判據。水泵的氣蝕余量概念即是其中的重要判據之一，它既具有一定的理論意義，又是產品驗收的標準之一。量有兩個概念：其一是與安裝方式有關，稱有效的氣蝕余量NPSHA，它是指水流經吸入管路到達泵吸入口后所余的高出臨界壓力能頭的那部分能量，是可利用的氣蝕余量，屬于“用戶參數”；其二是與泵結本身有關，稱必需的氣蝕余量NPSHR，它是流體由泵吸入口至壓力低處的壓力降低值，是臨界的氣蝕余量，屬于“廠方參數”。確保水泵在運行中不氣蝕，必須在安裝上保證NPSHA≥K×NPSHR，(K為安全裕量)，而后者由制造廠所保證。從這個意義上看，降低水泵氣蝕余量的意義在于保證水泵的絕對提水高度，滿足使用要求。
      顯然，NPSHR的大小取決與泵吸入口出流體運動的能量損失。由于流程較短，這種損失主要體現為流動局部損失。有如下幾方面的因素：
       a、泵吸入口到葉輪進口流道收縮，流速增加而產生的壓力損失以及流體運動自軸向變?yōu)閺较?，轉彎處流場不均勻而產生壓力損失；
       b、流速變化引起的流動損失，體現為壓力降低；
       c、流體繞流葉片進口緣產生的能量損失；
       d、葉片厚度排擠作用使得進口速度增加而產生壓力損失；
       e、非設計工況下運行流體在葉片前緣產生的沖擊損失；
       f、葉輪鑄造質量不佳、流道表面不平所致流動粘性損失。
3、改進水泵氣蝕余量的措施
    （1）減小葉輪進口處的壓降
      為防止氣蝕現象的發(fā)生，主要的就是不使葉輪進口處的壓力過多降低，避免進口處壓力降低的措施有：
       a、水泵安裝時，可以降低水泵的安裝高度。
   b、盡量保證不要讓水泵在超過額定的轉速的情況下運行。防止壓力升高。
       c、被抽送的液體要保持在合適的溫度，不應溫度過高。保證入口處介質都是液態(tài)。
       d、運行時應盡量使水泵在額定流量下運行，以避免液體脫離葉片壁。
   e、應該盡量減小水泵吸水管內的損失。例如增大管的口徑，縮短管的長度，以及減少閘閥或者適當的關小出口閥門。
   f、將單吸水管結構改為雙吸水管結構。
     （2）葉輪設計的改進
       a、若有可能的話，可將葉片進口邊前移，即在進口邊處粘結上一塊，使得流體及早接
觸葉片獲得能量，避免出現低于臨界壓力的情況發(fā)生。
     b、清理葉輪入口流道，盡量使其光滑平坦，提高進口光潔度，減少流動阻力，降低壓
力損失。
      c、打磨葉片頭部，削尖，以減少進口沖擊損失，降低進口沖角的敏感性。
      d、如果間隙氣蝕嚴重，可采用在葉輪上打平衡孔的辦法來減少泄漏流速，以減輕氣蝕
程度。
      總結：通過實踐，在泵站運行中有效緩解了水泵氣蝕對提水裝置造成的傷害，提高了提水效率，延長了水泵的使用壽命。