水泵气蚀现象产生的原因

水泵的汽蚀现象,水泵汽蚀的危害性

汽蚀又称空化，是液体的特殊物理现象。水泵在运行过程中，由于某些原因使泵内局部位置的压力降到水在相应温度下的饱和蒸汽压力(汽化压力)时，水就开始汽化生成大量的气泡，汽泡随水流向前运动，运动到压力较高部位时，迅速凝结、溃灭。泵内水流中汽泡的生成、溃灭过程涉及到物理、化学现象，并产生噪声、振动和对过流部件的侵蚀。这种现象称为水泵的汽蚀现象。水泵在产生汽蚀的过程中，由于水流中含有汽泡破坏了水流的正常流动规律，改变了流道内到过流面积和流动方向，因而叶轮与水流之间能量交换的稳定性遭到破坏，能量损失增加，从而引起离心泵的流量、扬程和效率的迅速下降，甚至达到断流状态。这种工作性能的变换，对于不同比转数的水泵是不同的。低比转数的离心泵叶槽狭长，宽度较小，很容易被汽泡阻塞，在出现汽蚀后，Q-H、Q-η曲线迅速降落。对中、高比转速的离心泵和混流泵，由于叶轮槽道较宽，不易被汽泡阻塞，所以Q-H、Q-η曲线先是逐渐下降，汽蚀严重时才开始锐落。对高比转数的轴流泵，由于叶片之间流道相当宽阔，故汽蚀区不易扩展到整个叶槽，因此Q-H、Q-η曲线下降缓慢。

汽泡溃灭时，水流因惯性高速冲向汽泡中心，产生强烈的水锤，其压强可达(33-5700)mpa，冲击的频率达2万-3万次/

s,这样大的压强频率作用于过流部件上，引起金属表面局部塑性变形与硬化变脆，产生疲劳现象，金属表面开始呈峰窝状，随之应力更加集中，叶片出现裂缝和剥落。这就是汽蚀的机械剥蚀作用。

在低区生成汽泡的过程中，溶解于水中的气体也从水中析出，所以汽泡实际是水汽和空气的混合体。活波气体(如氧气)借助汽泡凝结时所产生的高温，对金属表面产生化学腐蚀作用。

在高温高压下，水流会产生带电现象。过流部件的不同部位，因汽蚀产生温度差异，形成温差热电偶，导致金属表面到电解作用(即电化学腐蚀)。离心水泵

另外，当水中泥沙含量较高时，由于泥沙的磨蚀，破坏了过流部件的表层，发生汽蚀时，加快了过流部件的蚀坏程度。

在汽泡凝结溃灭时，产生压力瞬时升高和水流质点间的撞击以及对过流部件的打击，使水泵产生噪声和振动现象。/原创。

泵在运转中，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。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。

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。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。

二、泵汽蚀基本关系式

泵发生汽蚀的条件是由泵本身和吸入装置两方面决定的。因此，研究汽蚀发生的条件，应从泵本身和吸入装置双方来考虑，泵汽蚀的基本关系式为

NPSHc≤NPSHr≤[NPSH]≤NPSHa

NPSHa=NPSHr(NPSHc)——泵开始汽蚀

NPSHa NPSHa>NPSHr(NPSHc)——泵无汽蚀

式中 NPSHa——装置汽蚀余量又叫有效汽蚀余量，越大越不易汽蚀；

NPSHr——泵汽蚀余量，又叫必需的汽蚀余量或泵进口动压降，越小抗汽蚀性能越好；

NPSHc——临界汽蚀余量，是指对应泵性能下降一定值的汽蚀余量；

[NPSH]——许用汽蚀余量，是确定泵使用条件用的汽蚀余量，通常取[NPSH]=（1.1～1.5）NPSHc。

三、装置汽蚀余量的计算

NPSHa=Ps/ρg+Vs/2g-Pc/ρg=Pc/ρg±hg-hc-Ps/ρg

四、 防止发生汽蚀的措施

欲防止发生汽蚀必须提高NPSHa，使NPSHa>NPSHr可防止发生汽蚀的措施如下：

1． 减小几何吸上高度hg（或增加几何倒灌高度）；

2． 减小吸入损失hc，为此可以设法增加管径，尽量减小管路长度，弯头和附件等；

3． 防止长时间在大流量下运行；

4． 在同样转速和流量下，采用双吸泵，因减小进口流速、泵不易发生汽蚀；

5． 泵发生汽蚀时，应把流量调小或降速运行；

6． 泵吸水池的情况对泵汽蚀有重要影响；

7． 对于在苛刻条件下运行的泵，为避免汽蚀破坏，可使用耐汽蚀材料。

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H

g

↑,

pK↓

，当

pK

↓

至等于操作温度下被输送液体的饱和蒸汽压

pv

时（即

PK

=

pv

），液体将发生沸腾部分汽化，所生成的大量蒸汽压泡在随液体从叶轮进口向叶轮外围流动时，又因压强升高，气泡立即凝聚，气泡的消失产生局部真空，周围的液体以极大的速度冲向气泡原来所在的空间，在冲击点处产生

很高的局部压强（高达几百个大气压），冲击频率高达每秒几万次之多。尤其当气泡的凝结发生在叶轮表面时众多的液体质点如细小的高

频水锤撞击着叶片，另外气泡中可能带有氧气等对金属材料发生化学

腐蚀作用。泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏。这种现

象称为泵的汽蚀现象。汽蚀现象发生时，泵体振动，发出噪音，泵

的

qv

↓,

H

e

↓,η

，严重时甚至吸不上液体。汽蚀现象是有害的，必须加以避免。从上面的分析可知，泵的安装高度

H不能太高，以保证叶轮中各

处压强高于被输送液体的饱和蒸汽压

pv。

汽蚀导致水泵性能变坏、装置运行不稳定、金属表面材料疲劳剥蚀、噪音和振动加剧等不良后果。

当水泵装置的有效汽蚀余量小于水泵的必需汽蚀余量，泵内局部压力降低至该液温下的饱和汽化压力时，在液体内的杂质、微小固体颗粒或液体界面（液体与固体的接触面）的缝隙中存在的气核迅速生长为空泡，并随水流到达高压区，受到周围液体的压缩而迅速溃灭。在空泡溃灭区，金属表面承受一种水锤力，其频率可达毎秒几万次，并且作用在极微小的面积上，因此其应力可以达到几千个大气压力。这样大的应力频繁施加引起金属表面层的塑性变形与硬化，产生局部疲劳和微小裂缝，后者促进着汽蚀的发展。使金属组成部分被击破与剥落。汽蚀可能发生在叶轮叶片的背面和正面，也可能发生在叶轮外缘和叶轮室壁面之间。通常水泵汽蚀使泵的流量、扬程、功率和效率下降，引起机组振动和噪音，缩短设备寿命，影响工程安全。从含沙量高的水流中取水的水泵，情况更为严重。

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