水泵的气蚀现象研究

2013-10-24

1、水泵的气蚀现象
    （1）什么是水泵的气蚀现象
      液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生汽泡。把这种产生气泡的现象称为汽蚀。汽蚀时产生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以致破灭。这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀溃灭。
    （2）水泵运行中产生气蚀现象的原因
      泵在运转中，叶轮内部的压力是不同的，进口处压力较低，出口处压力较高。而液体的气化温度是与压力有关系的：压力越低(或越高)，所对应的气化温度也越低(或越高)。若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地
缩小以至破裂。
      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。
    （3）水泵气蚀现象所产生的危害
水泵汽蚀是水泵损坏的重要原因，水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。运行中使水泵抽水的效率降低，显著减少了水泵的扬程和流量，也减少了水泵的使用寿命。
2、汽蚀余量
    （1）气蚀余量的概念
      气蚀余量，又叫动压降，是指泵进口处单位体积的液体所具有的超过汽化压力的富裕能量，是用来计算水泵吸水高度的另一种方法。我们知道，当水从水泵进口流到叶片入口附近时，由于沿程过流断面不断缩小，使流速增大，同时水在流动过程中，都有水头损失，因此，叶轮叶片入口附近的水流压力比水泵进口处的压力还要低，当该处某点的压力低至汽化压力时，水泵内部就会开始发生气蚀。从水泵进口处的总水头中减去叶片入口处压力低点的压力水头所剩的值，就是泵内不出现气蚀现象时候泵进口处所剩余能量的极限值。这个值就叫做临界气蚀余量。
    （2）如何计算气蚀余量
      水泵气蚀余由于叶轮机械中流体运动的复杂性，很难从理论上计算出流场中何处可能出现气蚀，再加上气蚀现象不仅仅取决于流体的流动特性，还取决于流体本身的热力学性质，所以，更难于从理论上提出气蚀发生的判据。因此，在实践中往往是采用经验加实验的办法来提出气蚀判据。水泵的气蚀余量概念即是其中的重要判据之一，它既具有一定的理论意义，又是产品验收的标准之一。量有两个概念：其一是与安装方式有关，称有效的气蚀余量NPSHA，它是指水流经吸入管路到达泵吸入口后所余的高出临界压力能头的那部分能量，是可利用的气蚀余量，属于“用户参数”；其二是与泵结本身有关，称必需的气蚀余量NPSHR，它是流体由泵吸入口至压力低处的压力降低值，是临界的气蚀余量，属于“厂方参数”。确保水泵在运行中不气蚀，必须在安装上保证NPSHA≥K×NPSHR，(K为安全裕量)，而后者由制造厂所保证。从这个意义上看，降低水泵气蚀余量的意义在于保证水泵的绝对提水高度，满足使用要求。
      显然，NPSHR的大小取决与泵吸入口出流体运动的能量损失。由于流程较短，这种损失主要体现为流动局部损失。有如下几方面的因素：
       a、泵吸入口到叶轮进口流道收缩，流速增加而产生的压力损失以及流体运动自轴向变为径向，转弯处流场不均匀而产生压力损失；
       b、流速变化引起的流动损失，体现为压力降低；
       c、流体绕流叶片进口缘产生的能量损失；
       d、叶片厚度排挤作用使得进口速度增加而产生压力损失；
       e、非设计工况下运行流体在叶片前缘产生的冲击损失；
       f、叶轮铸造质量不佳、流道表面不平所致流动粘性损失。
3、改进水泵气蚀余量的措施
    （1）减小叶轮进口处的压降
      为防止气蚀现象的发生，主要的就是不使叶轮进口处的压力过多降低，避免进口处压力降低的措施有：
       a、水泵安装时，可以降低水泵的安装高度。
   b、尽量保证不要让水泵在超过额定的转速的情况下运行。防止压力升高。
       c、被抽送的液体要保持在合适的温度，不应温度过高。保证入口处介质都是液态。
       d、运行时应尽量使水泵在额定流量下运行，以避免液体脱离叶片壁。
   e、应该尽量减小水泵吸水管内的损失。例如增大管的口径，缩短管的长度，以及减少闸阀或者适当的关小出口阀门。
   f、将单吸水管结构改为双吸水管结构。
     （2）叶轮设计的改进
       a、若有可能的话，可将叶片进口边前移，即在进口边处粘结上一块，使得流体及早接
触叶片获得能量，避免出现低于临界压力的情况发生。
     b、清理叶轮入口流道，尽量使其光滑平坦，提高进口光洁度，减少流动阻力，降低压
力损失。
      c、打磨叶片头部，削尖，以减少进口冲击损失，降低进口冲角的敏感性。
      d、如果间隙气蚀严重，可采用在叶轮上打平衡孔的办法来减少泄漏流速，以减轻气蚀
程度。
      总结：通过实践，在泵站运行中有效缓解了水泵气蚀对提水装置造成的伤害，提高了提水效率，延长了水泵的使用寿命。