水泵气蚀现象产生的原因?
水泵气蚀现象产生的本质原因是入口压力小于流体输送温度下的饱和蒸气压导致的。
泵进水口处的绝对压力减小到当时水温下的汽蚀压力时,水发生汽化。水在入水口形成气体,从而入水口形成许多小气泡。这些小气泡随水流进高压区时,气泡迅速破裂,周围液体立即填充原气泡空穴,由于气泡破裂时间很短,所以形成高达几百兆帕的水力冲击。
气泡不断地形成与破裂,巨大的水力冲击以每秒钟几万次的频率反复作用在叶轮上,时间一长,就会使叶轮的叶片逐渐因疲劳而剥落;同时,气泡中还夹杂有一些活泼气体(如氧气),对金属的光滑层因电解而逐渐变得粗糙。
金属表面粗糙度被破坏后,更加速了机械剥蚀。另外,气泡形成与破裂的过程中,会使过流部件两端产生温度差异,其冷端与热端形成电偶而产生电位差,从而使金属表面发生电解作用,金属的光滑层因电解而逐渐变得粗糙。
在机械剥蚀、化学腐蚀和电化学的共同作用下,金属表面很快出现蜂窝状的麻点,并逐渐形成空洞而损坏,这种现象称之为汽蚀。
汽蚀现象发生后对泵的影响:
1、泵的性能改变
汽蚀初生时,对水泵外特性并无明显影响。汽蚀发展到一定程度后,水泵的功率、效率、流量和扬程等参数会突然下降。当汽蚀充分发展后,水流的有效过流面积会减小很多,以致引起水流中断,不能工作。
2、引起振动和噪声
气泡破裂时,液体质点互相冲击,产生噪音和机组振动,两者互相激励使泵产生强烈振动,称为汽蚀共振现象。
3、过流部件表面的破坏
汽蚀破坏将大大缩短水泵的寿命,剥蚀和腐蚀严重时,会产生叶片断裂或穿孔等重大事故。
(1)设计、制造方面。
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。
之所以会出现这个问题,是因为水在一定条件下会汽化,这一条件受温度,压强影响,具体影响可以查找一张叫做水的三相图的图片,说的很清楚。
水在进入水泵之前,可能还没有发生汽化,但是此时的压力与温度已经临界汽化条件了,随着进入水泵,到达叶轮之前,静压仍然在下降,一旦下降到汽化条件以下,水就发生了汽化,紧接着到达叶轮就发生了汽蚀。
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。