水泵的氣蝕現(xiàn)象研究

2013-10-24

1、水泵的氣蝕現(xiàn)象
    （1）什么是水泵的氣蝕現(xiàn)象
      液體在一定溫度下，降低壓力至該溫度下的汽化壓力時(shí)，液體便產(chǎn)生汽泡。把這種產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象稱為汽蝕。汽蝕時(shí)產(chǎn)生的氣泡，流動(dòng)到高壓處時(shí)，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(xiàn)象稱為汽蝕潰滅。
    （2）水泵運(yùn)行中產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象的原因
      泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中，葉輪內(nèi)部的壓力是不同的，進(jìn)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(guān)系的：壓力越低(或越高)，所對(duì)應(yīng)的氣化溫度也越低(或越高)。若其過(guò)流部分的局部區(qū)域（通常是葉輪葉片進(jìn)口稍后的某處）因?yàn)槟撤N原因，抽送液體的絕對(duì)壓力降低到當(dāng)時(shí)溫度下的液體汽化壓力時(shí)，液體便在該處開(kāi)始汽化，產(chǎn)生大量蒸汽，形成氣泡，當(dāng)含有大量氣泡的液體向前經(jīng)葉輪內(nèi)的高壓區(qū)時(shí)，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(chǎn)生氣泡和氣泡破裂使過(guò)流部件遭受到破壞的過(guò)程就是水泵中的汽蝕過(guò)程。
    （3）水泵氣蝕現(xiàn)象所產(chǎn)生的危害
水泵汽蝕是水泵損壞的重要原因，水泵產(chǎn)生汽蝕后除了對(duì)過(guò)流部件會(huì)產(chǎn)生破壞作用以外，還會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，并導(dǎo)致泵的性能下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使泵中液體中斷，不能正常工作。運(yùn)行中使水泵抽水的效率降低，顯著減少了水泵的揚(yáng)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(dòng)壓降，是指泵進(jìn)口處單位體積的液體所具有的超過(guò)汽化壓力的富裕能量，是用來(lái)計(jì)算水泵吸水高度的另一種方法。我們知道，當(dāng)水從水泵進(jìn)口流到葉片入口附近時(shí)，由于沿程過(guò)流斷面不斷縮小，使流速增大，同時(shí)水在流動(dòng)過(guò)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(jìn)口處的壓力還要低，當(dāng)該處某點(diǎn)的壓力低至汽化壓力時(shí)，水泵內(nèi)部就會(huì)開(kāi)始發(fā)生氣蝕。從水泵進(jìn)口處的總水頭中減去葉片入口處壓力低點(diǎn)的壓力水頭所剩的值，就是泵內(nèi)不出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象時(shí)候泵進(jìn)口處所剩余能量的極限值。這個(gè)值就叫做臨界氣蝕余量。
    （2）如何計(jì)算氣蝕余量
      水泵氣蝕余由于葉輪機(jī)械中流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，很難從理論上計(jì)算出流場(chǎng)中何處可能出現(xiàn)氣蝕，再加上氣蝕現(xiàn)象不僅僅取決于流體的流動(dòng)特性，還取決于流體本身的熱力學(xué)性質(zhì)，所以，更難于從理論上提出氣蝕發(fā)生的判據(jù)。因此，在實(shí)踐中往往是采用經(jīng)驗(yàn)加實(shí)驗(yàn)的辦法來(lái)提出氣蝕判據(jù)。水泵的氣蝕余量概念即是其中的重要判據(jù)之一，它既具有一定的理論意義，又是產(chǎn)品驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)之一。量有兩個(gè)概念：其一是與安裝方式有關(guān)，稱有效的氣蝕余量NPSHA，它是指水流經(jīng)吸入管路到達(dá)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(shù)”；其二是與泵結(jié)本身有關(guān)，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(shù)”。確保水泵在運(yùn)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(gè)意義上看，降低水泵氣蝕余量的意義在于保證水泵的絕對(duì)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(yùn)動(dòng)的能量損失。由于流程較短，這種損失主要體現(xiàn)為流動(dòng)局部損失。有如下幾方面的因素：
       a、泵吸入口到葉輪進(jìn)口流道收縮，流速增加而產(chǎn)生的壓力損失以及流體運(yùn)動(dòng)自軸向變?yōu)閺较?，轉(zhuǎn)彎處流場(chǎng)不均勻而產(chǎn)生壓力損失；
       b、流速變化引起的流動(dòng)損失，體現(xiàn)為壓力降低；
       c、流體繞流葉片進(jìn)口緣產(chǎn)生的能量損失；
       d、葉片厚度排擠作用使得進(jìn)口速度增加而產(chǎn)生壓力損失；
       e、非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行流體在葉片前緣產(chǎn)生的沖擊損失；
       f、葉輪鑄造質(zhì)量不佳、流道表面不平所致流動(dòng)粘性損失。
3、改進(jìn)水泵氣蝕余量的措施
    （1）減小葉輪進(jìn)口處的壓降
      為防止氣蝕現(xiàn)象的發(fā)生，主要的就是不使葉輪進(jìn)口處的壓力過(guò)多降低，避免進(jìn)口處壓力降低的措施有：
       a、水泵安裝時(shí)，可以降低水泵的安裝高度。
   b、盡量保證不要讓水泵在超過(guò)額定的轉(zhuǎn)速的情況下運(yùn)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(yīng)溫度過(guò)高。保證入口處介質(zhì)都是液態(tài)。
       d、運(yùn)行時(shí)應(yīng)盡量使水泵在額定流量下運(yùn)行，以避免液體脫離葉片壁。
   e、應(yīng)該盡量減小水泵吸水管內(nèi)的損失。例如增大管的口徑，縮短管的長(zhǎng)度，以及減少閘閥或者適當(dāng)?shù)年P(guān)小出口閥門。
   f、將單吸水管結(jié)構(gòu)改為雙吸水管結(jié)構(gòu)。
     （2）葉輪設(shè)計(jì)的改進(jìn)
       a、若有可能的話，可將葉片進(jìn)口邊前移，即在進(jìn)口邊處粘結(jié)上一塊，使得流體及早接
觸葉片獲得能量，避免出現(xiàn)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(jìn)口光潔度，減少流動(dòng)阻力，降低壓
力損失。
      c、打磨葉片頭部，削尖，以減少進(jìn)口沖擊損失，降低進(jìn)口沖角的敏感性。
      d、如果間隙氣蝕嚴(yán)重，可采用在葉輪上打平衡孔的辦法來(lái)減少泄漏流速，以減輕氣蝕
程度。
      總結(jié)：通過(guò)實(shí)踐，在泵站運(yùn)行中有效緩解了水泵氣蝕對(duì)提水裝置造成的傷害，提高了提水效率，延長(zhǎng)了水泵的使用壽命。