离心泵气蚀问题研究及抗气蚀性能改进Word格式.docx
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收稿日期：
2010-09-16
关键词：
离心泵；
气蚀：
气蚀余量；
改进措施
中图分类号：
TQ051 文献标识码：
A
离心泵具有性能范围大、流量均匀、运转可靠和维护方便等优点，因此在工业生产中应用最为广泛。
据统计，在石油、化工装置中，离心泵的使用量占泵总量的70%〜80%。
离心泵在长时间的运转过程中，会出现危害较严重的气蚀现象。
离心泵的气蚀会使泵的性能下降，严重影响泵的效率、寿命，在作业中甚至可能中断输送流体，影响流体的安全可靠运输。
1气蚀的产生
离心泵在工作时，叶轮高速旋转产生的离心力，使由吸入管吸入的液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，同时在叶轮入口处形成低于大气压力的低压区。
当叶轮入口附近最低压力R小于该处温度下被输送液体的饱和蒸汽压［时，液体便在叶轮入口处开始气化而产生气泡；
如果压力继续降低，气泡及其区域会逐渐增大和扩大，与此同时一部分原来可能溶解在液体中的某些活泼气体，也会由于压力降低而逸出重新成为气泡。
产生的气泡随着液体不断被带走，又在原处不断产生新的气泡。
当以上这些气泡随液流进入泵内高压区时，它们受压又会迅速凝缩甚至破碎消失。
在气泡消失的瞬间，气泡周围的液体迅速进入气泡凝失产生的空穴，造成液体互
文章编号：
1671-9905（2011）01-0049-04
相撞击。
如果这些气泡在叶道壁面附近破灭，则周围的液体以极高频率连续撞击金属表面。
金属表面因冲击、疲劳而剥落。
上述这种液体汽化、凝结形成的高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥落和电化学腐蚀的综合现象统称为气蚀。
2气蚀的危害
在气蚀的发生和发展过程中，叶轮流道中产生大量气泡，破坏了流道的线型，充塞了叶轮吸入口，使过流断面减小，流体介质连续性受到破坏，泵的扬程H、流量。
、效率〃都会急剧下降，当气泡在高压区溃灭的瞬间，四周的流体质点高速地向气泡中心冲击，互相碰撞，使离心泵产生强烈的噪音和振动，同时高频冲击波使过流部件表面受到侵蚀，产生裂纹并剥落，严重时泵壳被蚀穿。
因为气蚀现象会破坏离心泵的正常工作，影响泵的使用寿命，所以应严防泵的气蚀现象的发生。
3离心泵的气蚀性能参数
允许吸上真空度和气蚀余量是离心泵气蚀试验中的主要性能指标，气蚀余量的大小是衡量离心泵的性能好坏和使用寿命的重要参数。
3.1允许吸上真空度
离心泵的吸上真空度为大气压力乌与进口法兰处液体的绝对压力月之差，代表泵入口法兰处的真空表读数，以水柱高表示，单位m。
即：
H=互--5-
（1）
SC
pgpg
根据上面分析所知，离心泵产生气蚀的条件为：
RWR
（2）
由
（1）、
（2）式可得
HG『土 ⑶
上式即为离心泵发生气蚀的条件。
当取等号时即为发生气蚀时吸上真空度的最小值，这时的吸上真空度称为临界吸上真空度。
国家标准规定：
离心泵工作时，其吸上真空度应小于临界吸上真空度。
工作时吸上真空度的最大值称为允许吸上真空度E。
其关系为：
H，=H，l0.3 ⑷
式中：
H,一允许吸上真空度，m；
0.3—国家标准规定采用的安全余量。
离心泵相比较其它泵而言，其允许吸上真空度范围更广。
一般离心泵的允许吸上真空度在4.5〜7m,最大时可达8m以上。
通常泵样本上的Hs值是在标准大气压下抽送20°
C清水时测得的。
如果泵的运行条件与上述条件不同时，不能直接采用样本上提供的值，应将其换算成现场条件下的Hs,换算关系如下
H'
=H+Pa~P'
-10.33+0.24 （5）
P'
g
％'
一换算后的允许吸上真空度，m；
球一现场的大气压，Pa；
R'
一被抽送液体工作温度下的饱和蒸汽压，Pa；
p'
—被抽送液体工作温度下的密度，kg-m'
3；
10.33—一个标准大气压值，mH2O；
0.24—20°
C清水的饱和蒸汽压值，mH2Oo
3.2泵的气蚀余量
泵的气蚀余量是离心泵是否发生气蚀的重要判据之一，它既具有一定的理论意义，又是产品验收的标准之一，所谓气蚀余量，是表示离心泵进口法兰处单位质量的液体所具有的能量比汽化压力下液体所具有的能量大多少。
其可分为有效气蚀余量NPSHa和必需气蚀余量NPSH,.o
（1）有效气蚀余量NPSH”
有效气蚀余量是指泵入口法兰处的能头高出汽化压力的那一部分能头，用NPSHa表示,它主要反映泵吸入装置的条件对气蚀的影响，如吸液管内的压力、吸入管的几何安装高度、阻力损失、液体性质和温度有关，而与泵本身无关。
由伯努利方程可导出：
NPSH=^—+ （6）
Pg2g
乙、C,一液体在泵入口处的压力和速度；
［一液体所处温度下的饱和蒸汽压。
（2）必需气蚀余量NPSHr
必需气蚀余量指从泵入口到泵内压力最低点处的能头损失，计算NPSH,的经验公式是：
NPSH="
兰」+人，些】 （7）
2g-2g
V。
、CO。
一表示叶轮进口处液体的绝对速度和相对速度；
扁一因绝对速度变化及水利损失的压降系数，，般入］在1.0~1.3之间；
史一表示流体绕过叶轮片头部的压降系数，一般液体无冲击流过叶片时，入2在0.2〜0.4之间'
％因此必需气蚀余量是由泵本身的结构参数以及流体的流量决定的。
4气蚀的防护及改善措施
引起离心泵发生气蚀现象是由泵本身的气蚀性能和最大安装高度的特性等共同决定，下面从各个方面讨论气蚀的防护及改善措施。
4.1改进泵本身的结构参数和结构类型
由式（7）可知，适当加大叶轮前盖板进口段的曲率半径和减小叶轮表面的粗糙度，以减小阻力系数R和人2；
适当加大叶轮入口处的直径和叶片进口的过流面积，以减小绝对速度V。
和相对速度口°
都可达到减小泵的必需汽蚀余量的目的，从而增强离心泵的抗气蚀性能。
如有可能，也可将叶片进口边前移，即在进口处粘结上一块，使得流体及早接触叶片获得能量，缩短了从泵入口到叶轮入口间的距离，从而减少过程中的压降系数，提高泵的抗气蚀性能；
也可打磨叶片头部，削尖，以减少进口冲击损失，降低进口冲角的敏感性。
（8）
4.2减少吸入管路的阻力损失
吸入管路上的局部阻力损失为：
_.v2
。
一局部阻力系数。
减少吸入管路上的弯头、阀门等局部部件，可以降低局部阻力系数，从而减小局部水头损失。
吸入管路上沿程水头损失为：
h.=X-—
'
d2g式中：
"
沿程阻力系数。
由式（9）可知，增加吸入管流道表面铸造的光滑度，定时清理叶轮入口流道，减小流动阻力系数；
尽可能加大吸入管直径，缩短吸入管的水平距离，都可减小沿程阻力损失因。
结合式（8）、（9）,在满足各种工艺参数的前提下，适当减小离心泵的流量0降低液体的流速,可减少吸入管路的阻力损失。
也可通过旁通阀来调节泵入口的流速或通过变频电机改变离心泵的转速来调节流量，从而增强离心泵的抗气蚀性能。
但不可调节出口阀门的开度来调节流量，如果使用这种流量调节方法，实际上是通过人为的增加管道的阻力来达到调节流量的目的，这样反而更易发生气蚀。
在选择泵入口所连接的管路时，要选择耐负压的管路，否则由泵吸入口产生的负压将会使吸入口前的管路变形，使流体流动受阻，增大了吸入管路上的阻力损失，泵入口的能头降低，可能使泵发生气蚀。
4.3降温
液体本身的性质和状态对于气蚀的发生与否有很大的关系，液体的温度越高，挥发性越大，其饱和蒸汽压就越高，这样液体也就会更早发生气蚀。
降低液体的温度从而降低液体的汽化压力，可以有效地减小气蚀的可能性、频率和程度。
4.4采用双吸叶轮
双吸式叶轮相当于两个单吸叶轮并在一起工作，使每侧叶轮通过的流量为总流量的一半，从而使V。
减小。
4.5采用前置诱导轮
在离心泵叶轮前增加一个诱导轮，流体先经过诱导轮，使诱导轮对流体做功而使流体在入口处的能头增大，在其它条件相同时，增大了离心泵的有
效气蚀余量泌,同时流体在进入离心泵前已经a
经过增压，使离心泵入口附近的压力大于该处状态卜'
流体的饱和蒸汽压力，将不产生气蚀。
由于诱导轮距离离心泵入口很近，能较明显的减少从泵入口到叶片进口间的能量降低值。
诱导轮叶片间流道较长且外缘处相对速度大，外缘处如果产生气泡，在外缘离心力作用下，压力较高，也不易发生气蚀和“堵塞”流道，即诱导轮性能受气泡影响敏感程度较离心叶轮要低。
故增加诱导轮是提高离心泵抗气蚀性能的一种好方法。
4.6调节离心泵的转速与压力
有实验研究表明，离心泵在低负压和高转速状态下工作，泵的气蚀是不可避免的，有时在起步阶段不到1S,就会发生严重的气蚀现象⑷。
因此降低离心泵工作时的转速，提高离心泵入口压力，都能能有效的防止气蚀的发生。
4.7降低允许吸上真空度％
由式
（1）和（6）可推导出：
NPSHa=^^+^-Hsc
（10）
据（4）和（10）可知，乩越大，即泵入口处压力月越小，则泌跖^就越小，越易发生气蚀。
因此，可以降低允许吸上真空度来降低气蚀发生的可能性。
4.8选择合适的安装高度
离心泵的安装高度即以吸入罐液面为基准至泵入口截面的距离。
吸入罐液面到泵入口截面的伯努利方程为
J箜上-z「£
hAs
Pg2gpg、
（11）
由式（6）和（11）可知，当离心泵的安装高度《增加时，离心泵入口处的压力只会减小，当离心泵的安装高度增加到某一最大值时，泵吸入口的压力心将会接近液体的汽化压力，就容易在泵内引起气蚀效应。
所以在安装离心泵时，要尽量降低离心泵的安装高度或在安装时，将泵的安装位置低于吸入罐液面的方式，保证离心泵的正常运转，防止气蚀产生。
4.9采用抗气蚀性能较好的材料
近几十年来，抗气蚀材料的研究和开发取得了很大进展，抗气蚀材料的应用大大提高了流体机械的性能和使用寿命，成为减轻气蚀破坏的有效途径之一，并取得良好的经济效益。
有研究表明，当材料中含有石墨、铁素体、夹杂物或材料不均匀时，都会使材料的抗气蚀性能卜'
降〔％在常用离心泵材料中，稀土合金铸铁、高保铭合金、不锈钢2Crl3、铝铁青铜9-4等材料，强度和韧性高、硬度高、化学稳定性好，有良好的抗气蚀性能回。
4.10涂层工艺
在离心泵过流部件表面刷涂抗气蚀材料涂层，可以明显提高离心泵的抗气蚀性能，而且操作简单，在普通检修中就能完成操作，改造成本低，现已渐渐成为增强离心泵抗气蚀性能的主要措施之-O涂层材料一般为高分子聚合材料，如环氧树脂沙浆、聚氨酯涂料等。
5结论
上面对离心泵气蚀的产生的过程和机理进行了分析研究，提出了气蚀防止措施，可概括为三点：
改进泵本身及其相连管路的结构设计、通过附属设备提高离心泵的抗气蚀性能和通过改变泵的外部安装使用条件来增强泵的抗气蚀性能。
在实际生产运行中，也要加强对离心泵的维修，及时更换破损的部件，减轻离心泵发生气蚀所产生的危害，从而在使用中增强泵的使用寿命，提高泵的运行效率。
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ResearchonCavitationinCentrifugalPumpandAnti-cavitationPerformanceImprovements
FANHai-feng,FANQi,YUDan-ping,ZHOUNa,ZHOUTian-cai,XUYu-peng
（ZhejiangOceanUniversity,Zhoushan316000,China）
Abstract：
Centrifugalpumpwasakindofextensiveuseoffluidmachinery.Thispaperresearchedintotheproblemofthecavitationincentrifugalpump,describedtheprocessofcavitationproducedanditsdangers,andanalyzeditsinternalcavitationmechanism.Measureswereproposedtoincreasetheabilityofanti-cavitation,itcouldreducethelikelihoodofcavitationandimprovetheefficiencyofcentrifugalpump.
Keywords：
centrifugalpump;
cavitation;
netpositivesuctionhead;
improvement
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