防止水泵发生汽蚀的预防措施有哪些

汽蚀是液力机械中常见的故障之一，由于进口池或管路设计不合理，以及未充分考虑大气压、温度、介质气化压力的变化等常常因为汽蚀而引起泵的过早失效。已经安装服役的泵几乎没有办法完全克服泵本身汽蚀性能差造成的汽蚀破坏（《泵手册》第一分册）。本文将主要介绍减轻在役泵汽蚀破坏的方法，这些方法在实际应用中均取得了明显的效果。一、汽蚀的产生原因汽蚀是由液体汽化引起的，液体分子逸出液体表面，成为气体分子的过程，称为“汽化”。液体的汽化程度与压力的大小、温度高低有关。溶解于液体中的气体，在压力和温度变化时也会释放出来，形成汽穴。当液体内部压力下降，低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时，在局部区域形成汽泡或汽穴；而在压力升高的地方汽泡突然被四周的压力压破，液流因惯性以极高的速度向汽泡的中心挤压，对设备造成水力冲击。这种微泡的产生、溃裂以及对过流表面产生物理和化学作用的整个过程称为汽蚀。如果液体中不含任何杂质，即使在压力很低时也不会发生汽蚀。国外的汽蚀研究者通过试验认为，超高纯水的抗拉强度（即产生空穴的极限）远远超过通常的金属材料的抗拉强度。但通常的液体中总是含气体或固体，这些杂质成为汽蚀核子，在一定条件下诱发空穴的发生。含砂水流由于水与砂的比重不同，砂粒运动轨迹与流线脱离，可能会加速汽蚀的发生。笔者在论文“泥浆泵的汽蚀及抗磨抗汽蚀材料”（《润滑与密封》1993）中进行了详细介绍。二、在役泵的汽蚀诊断方法泵的使用者通常无法利用制造厂流量一定时扬程的下降来判定汽蚀是否发生的方法。在役泵是否发生汽蚀，除在汽蚀破坏后观察法外可以采用（1）超声波法；（2）泵体外噪声法；（3）振动法等方法判断。观察法：破坏表面观察法是在事后观察方法，根据破坏的表面形状来进行判断。由于汽蚀、铸造气孔、冲刷磨损、腐蚀等均会造成金属表面形状与理想形状的不同。汽蚀破坏的金属表面通常显现蜂窝状，它是由局部高速水打击金属而使金属表面疲劳破坏，所以蜂窝孔一般是与外部相通的，大多数的坑槽与金属表面垂直。铸造缺陷的疏松往往深藏在金属内部，有时由于水流的冲刷将金属内部的疏松、气孔呈于表面而误认为是汽蚀，但当我们用机械的方法继续去处表面时会发现其内部仍有气孔。冲刷磨损痕迹往往出现与水流方向相同的沟槽，但要注意有时有水流旋涡。噪声法：泵体外噪声法比较简单，可以不与泵体接触。但由于噪声法受周围环境噪声的影响较大，当显示其强度最高时。一般水泵汽蚀已达到非常强烈的阶段，这时人耳已能通过强烈的汽蚀爆裂声判别汽蚀工况。因此，泵体噪声法不太适合现场监测汽蚀的发生。振动法：这种方法是通过加速度计探头测量泵体振动频率的一种方法，方法简单，但灵敏度较低。特别对于大泵，泵体刚度大。对泵内局部汽蚀引起的汽泡溃裂所产生的激振反应迟钝，同时，泵上振源较多。由于汽蚀引起的振动常被掩没在其它振动之中。因此，振动法只适宜作为现场监测汽蚀的辅助手段。超声法：超声波法测量汽蚀方法简单，调试方便，且不受其它环境噪声的干扰，对汽蚀的发生和发展敏感性强。因此，作为泵站现场监视汽蚀是一种比较理想的方法。另外，抚顺石油学院化工机械研究所赵会军介绍了用电测法预测离心泵汽蚀性能(《石油化工高等学校学报》1997)。三、减轻在役泵的汽蚀破坏的方法1、进水池在使用现场，对发生汽蚀（包括其它故障）的泵查看进水池的流动状况是十分必要且又方便易行的。如果池表面能看到强力的旋涡，应该考虑加破涡板。另外，管口与进水池的几何尺寸也应注意。如：管口离池壁的距离是否合适，是否有气泡进入泵吸入管。注意水池水位是必要的，抬高进水池水位可以减轻甚至彻底阻止汽蚀的发生。解台泵站对进水口改造，汽蚀浸蚀减少45%左右。齐鲁石化的刘克旺、孙敬河等人在循环泵进口添设破涡板后泵的汽蚀不再发生且流量从不稳定的8500、8000m3/h分别提高到稳定的9700、8200m3/h。2、进水管路进口管路的设置除应该尽量使管路损失小（如尽量少的弯头和不必要的阀门）外，让进水管不得有高于泵进口的部位以防止管内积气。1995年赤水天然气化肥厂在循环泵进口橡胶膨胀接为1000mm，而管子为800mm。为此增加了放气管，解决了由于其阻造成的压力下降，解决了汽蚀问题。3、调整泵流量新疆电力设计院王卫东建议由于我国采用的原阻力计算公式来源于原苏联，其阻力计算值比实际的大，阻力计算宜采用新公式进行。否则，泵在大流量运行容易发生汽蚀(《西北电力技术》2000)。在水泵设计选型与实际有一定的偏差时，水泵产生汽蚀和经济运行可以通过切削叶轮来加以解决，以期达到消除汽蚀，运行经济的目的，实践证明，这种方法确实行之有效。4、利用引射结构喷射装置在原理上相当于液-液喷射泵。在泵的出口处引出一高压水引到如图所示的高压水室内，高压水通过环形喷嘴进入泵的吸入管内。高压水与吸入管内的水混合、交换能量，混合后的混合水能量相对于原吸入管的水能量增加，从而满足泵进口所必须的汽蚀余量。浙江大学的吴昱等人对此进行了介绍(浙江大学硕士学位论文2003年)，论文中介绍了引射装置的引回流量宜控制在2%-5%之间。张德煌老先生在长沙曾采用过类似方法对100口径的多级泵进行试验，取得了明显效果。其方法是用1/2的管将平衡盘后的水引至泵进口，泵系统的装置汽蚀余量降低了0.5~0.8m。武汉大学的郭迪龙等人介绍了一种射流－离心泵装置。这种装置相当于射流泵与离心泵串联工作，对大吸程的泵十分有效，但一般不适合于在役泵的改造。5、进口补气补气的方法并不能防止汽蚀空穴的产生，但适当补气会减轻空穴破裂时产生对流道边壁的破坏，补入的气体象一层保护流道边壁的海绵。这种方法在水轮机等中普遍采用，但向泵内补气由于补气量难于掌握使用非常少。武汉水利电力学院孙寿、颜锦文对补气防水泵汽蚀进行了研究并取得了一定效果，但同时指出：补气防治水泵汽蚀，技术性很强，只有补气流量、补气位置和补气方式洽当，才能取得好的效果。否则，会使泵的流量、扬程和效率下降很多，引起不良后果。6、采用抗汽蚀材料不同的材料抗汽蚀能力有十分明显的区别。影响材料抗剥蚀能力的因素很多，通常具有高硬度和高弹性的材料抗剥蚀能力较强。国外推荐低碳铬镍合金钢，如13Cr4N作为在汽蚀状态下工作的水力机械材料，具有较好的抗剥蚀性能。郑州机械研究所陈岩进行了不同材料抗汽蚀性能的比较(《热加工工艺》2000)，结果如下表材料HT200QT400-15QT600-3ZG230-450ZG310-570失重mg961.4737.1481.1241155试验时间h15材料ZG40CrZG20SiMnZG1Cr18Ni9TiZG0Cr13Ni4MoZG0Cr13Ni6Mo失重mg139.9122.271.540.225.2试验时间h1530长沙水泵厂的朱旭仁提供的资料，其材料与汽蚀失重见下表材料HT200QT600-3ZG310-57018-8失重148.376.53316.3对无法避免汽蚀时采用耐汽蚀材料是有效的。如：凌城泵站对7#和10#机组，叶轮室将原铸钢换为不锈钢，运行几年未发现其实破坏斑痕。武定门站将铸铁改为QT42-10，使用寿命提高2倍以上。解台泵站用铸铁与铜对比,铜叶轮抗汽蚀效果明显。7、叶轮保护层对叶轮涂层的方法比较常用，非金属涂料涂敷采用环氧树脂、尼龙粉、聚胺脂等。在流道表面堆焊合金或喷涂合金的方法在对汽蚀破坏也取得了一定效果，如不锈钢焊条堆焊法、不锈钢板镶焊修补法、合金粉末喷焊。就非金属和合金（包括不锈钢）的几种方法比较。非金属涂层方式经济，但应当对其操作工艺严格控制，以防止涂层脱落的现象。采用合金粉末喷焊效果好但成本高，且有些地方可能无法进行。如：某泵站采用金属合金粉末喷焊处理的叶片，取得了较好的抗汽蚀效果，使用寿命可延长。中国长城铝业公司郝百顺用H-l对泵叶轮进行了耐汽蚀磨损涂层的应用研究。引滦工程大张庄泵站原泵汽蚀严重，采用柔软陶瓷复合材料修复经过4年4000h的输水检查未发现汽蚀破坏。水利部松辽委察尔森水库管理局王明臣介绍了TS216耐磨修补剂在水轮机转轮抗气蚀中的应用效果良好。连云港币自来水公司马援东采用激光熔覆方法对铸铁和铸钢处理后，抗汽蚀性能分别是喷焊工艺处理的1.3和1.5倍。8、修整叶片头部修整叶轮头部对降低叶片进口的水流速度，减小叶轮进口排挤，提高泵的抗汽蚀能力是有效的。实践证明尽管进口叶片减薄，在汽蚀环境中常常叶轮寿命更长。一般修整叶轮头部是叶片头部背面修薄，在靠近叶轮前盖板多修一些。2001年长沙水泵厂对流量5040m3/h，扬程17.5m的泵进行修整（同时对喉部修整），经试验发现汽蚀余量下降0.5左右。

1）改变叶轮形状的设计及优化叶轮的结构参数，改善汽蚀产生的外部条件；

2）叶片及其他水流经的部件应选用抗汽蚀性能良好的材料；

3）减少吸入管的压力损失∑h、吸入管路系统包括底阀、虑水器、管路、弯头、等，使这些部位的安装设计合理，减少损失，也是降低水泵发生汽蚀现象的重要途径；

4）减少泵本身必须的汽蚀余量，为此，可适当加大手级叶轮吸入口直径，或采用无底阀排水。（2）使用方面。

1）在安装允许的条件下，尽量减小泵的吸水高度。这样使泵运行中的允许汽蚀余量更大些。一般情况下安装高度在2～3.5m时，降低泵发生汽蚀现象。

2）降低井水的密度，含煤粉和泥沙的矿井水，为了减小矿水密度以减少泵的汽蚀，应在矿井排水之前做沉淀处理。

3）减小水流进泵吸入口的平均流速。

二、防止水泵的汽蚀现象：1、管路密封性好！2、所抽介质的汽化温度点要了解，不能因为温度过高，使介质汽化；3、水泵的压盖、机械密封、要装好，装不好也会使水泵产生汽蚀；

我是做水泵的，都是以自己的平日工作遇到的问题来回复的，不尽之处还请指数！鐧惧害鍦板浘

低于装置汽蚀余量NPSHa，避免汽蚀发生；采用组织致密的高等级材质制造叶轮，提高泵的抗汽蚀破坏能力；另一方面从泵的使用条件考虑：通过合理系统设计和设备选型、正确操作，使泵不会发生汽蚀。现分述如下：

(1) 适当加大泵入口直径和叶轮入口直径，降低泵入口液体流速，降低NPSHr。或者直接采用双吸叶轮，因双吸叶轮相当于两个单吸叶轮的入口面积，同样流量条件进口流速可降低一倍。

(2) 将叶片头部背面修薄，改善叶片入口排挤，降低NPSHr。或加装诱导轮，使液体进入叶轮前增加了一定压力能。

(3) 泵在接近汽蚀的状态下工作，如采用组织致密的抗汽蚀材料(铜合金、不锈钢等) 制造泵叶轮可以延长叶轮寿命。如用压延的钢板焊接的叶轮较铸造的叶轮抗汽蚀能力强。也可以利用非金属涂料采用环氧树脂、尼龙、聚胺脂等对叶轮进行涂层处理。

(4) 管路系统设计时，泵的吸上高度尽可能低，条件许可就采用倒灌。配管时，适当缩短吸入管长度、增大吸入管径，在吸入路尽量减少不必要的阀门、弯头数量，以减少吸入管的管路损失。

(5) 泵选型时，遇到装置汽蚀余量低或介质易汽化时，泵尽可能采用低转速。

(6) 对易汽化介质，做好管路的保温降温，避免所输送液体的温度升高。

(7) 泵在运行过程中，应利用泵出口阀控制流量在合理的范围。泵偏大流量运行时最容易出现汽蚀现象。操作中，不允许用吸入管路阀门来调节流量。

(8) 泵出现汽蚀又无法改变其工艺条件时，可在泵入口加装一个喷嘴，利用泵出口压力，使其高压液体回馈，以增大泵入口压力，减小汽蚀的可能性。

工程上常用办法：

1、降低水泵安装高度（提高其入口井安装高度）

2、为水泵安装前置泵；

3、为水泵加装诱导轮；

4、在入口压力不足的情况下，降低其出口流量；

5、加装再循环系统。

6、改善流道，采用抗汽蚀性能更好的叶轮。

1）

增大叶轮进口直径。这可以降低叶轮入口速度，提高泵的汽蚀性能，但泵的水力效率降低。

2）

增大叶片入口边宽度：可以使叶轮入口相对速度减小，从而提高泵的汽蚀性能。

3）

叶轮盖板进口部分曲率半径

4）

叶片进口边的位置和叶片进口部分的形状

叶片进口边适当向吸入口方向延伸，可使液体提早接受叶片的作用，且能增加叶片表面积，减小叶片工作面和背面的压差。

5）采用诱导轮提高泵的抗汽蚀性能

6）

减小叶片进口厚度

叶片进口厚度越薄，越接近流线型，叶片最大厚度离进口越远，叶片进口的压降越小，泵的抗汽蚀性能越好。

7）

开平衡孔

叶轮上的平衡孔，其中的泄流对进入叶轮的主流起破坏作用，平衡孔面积应不小于密封环间隙的5

倍，以减小泄

流速度，从而减小对主流的影响，提高泵的抗汽蚀性能。

8）

增加叶轮表面光洁度

叶轮进口部分越光滑，水力损失越小，会明显提高泵的抗汽蚀性能。

9）

采用抗汽蚀材料

2、旁路调节 利用旁路分流调节流量 可解决泵在小流量连续运转的问题，但功率损失和管线增加

3、转速调节 调节泵轴的转速调节流量 功率损失很小，但需增加调速机构或选用调速电机，改变转速的方法最适用于汽轮机、内燃机和直流电机驱动的泵，也可用变频调节来改变电动机转速

4、切割叶轮外径 切割叶轮外径调节泵的流量 功率损失小，但叶轮切割后不能恢复且叶轮的切割量有限。适用于需长期在较小流量下工作且流量改变不大的场合

5、更换叶轮 更换不同直径的叶轮调节泵的流量 功率损失小，但需备各种直径的叶轮，调节 流量的范围有限

6、堵死几个叶轮流道 堵死几个叶轮流道（偶数）减少泵的流量 相当于节流调节，但比调节阀节流节能