离心泵的汽蚀现象分析及应对措施

1893年，人们确认英国一台驱逐舰螺旋桨的破坏是汽蚀的后果，这就是汽蚀现象的首次发现。液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生气泡，把这种产生汽泡的现象称为汽蚀。汽蚀能产生振动和噪音，降低泵的性能，破坏过流部件。因此，国际标准ISO9006规定离心泵在试验中应进行两个方面的性能测试，一是水力性能测试，另一个就是汽蚀性能测试。汽蚀性能是反映离心泵产品性能好坏的一个重要指标。

汽蚀产生的过程

1、当泵的流量大于设计流量时，液体撞击叶片背面，最低压力部位在叶片进口靠近前盖板的叶片正面上，如图K1处。

2、当泵的流量小于设计流量时，液体在进口撞击叶片正面，最低压力在叶片进口处靠近前盖板的叶片背面上，如图K2处。

▲离心泵中的压力最低部位

▲汽蚀产生动画演示

气体产生
如液体压力降低到汽化压力或更低时，液体会汽化产生汽泡，还有原来溶于液体现因压力降低而逸出的气体。

气泡破灭
流到高压区，迅速凝结，气体重新溶人液体造成局部真空，四周液体质点以极大速度冲来，互相撞击，产生局部高达几十MPa的压力，引起噪音和振动。

产生过程：低压区→产生气泡→高压区→气泡破裂→产生局部真空→水力冲击→发生振动、噪音，部件产生麻点、蜂窝状的破坏现象。

汽蚀的危害

1、使过流部件被剥落破坏
汽泡破灭区的金属受高频高压液击而发生疲劳破坏，氧气借助汽泡凝结时的放热，对金属有化学腐蚀作用。在上述双重作用下，叶轮外缘的叶片及盖板、蜗壳或导轮等处会产生麻点和蜂窝状的破坏。

通常受汽蚀破坏的部位多在叶轮出口附近和排液室进口附近，汽蚀初期，表现为金属表面出现麻点，继而表面呈现沟槽状、蜂窝状、鱼鳞状；严重时可造成叶片穿孔甚至叶轮破裂、酿成严重事故，严重影响了泵的使用寿命。

▲汽蚀以后的叶轮

2、使泵的性能下降
汽蚀使叶轮和液体之间的能量传递受到严重干扰。大量汽泡的存在堵塞了流道，破坏了泵内液体的连续流动，使泵的流量、扬程和效率都明显下降，严重时出现断裂工况。

▲Ns＝70单级离心泵发生汽蚀后曲线变化

3、使泵产生振动和噪音
汽泡破灭时，液体互相撞击，同时也在撞击金属表面，这样就会产生各种频率的噪音，严重时可听见泵内“劈啪”的声音。同时引起机组振动，而机组振动频率与撞击频率成整数倍，则产生更强烈的汽蚀共振，致使机组被迫停车。

汽蚀不仅对水力机械的正常运转威胁很大，而且也是水力机械向高速发展的重要障碍。因为当流体流速越高时，就越容易造成某一局部压力越低，更易于液体汽化造成汽蚀。

汽蚀余量Δh

汽蚀余量Δh：是指泵的入口处的液体具有的压头与液体汽化时的压头(饱和蒸汽压头pv /ρg）之差。又称NPSH静正吸上水头。

有效汽蚀余量Δha ：工作时实际具有的汽蚀余量。

必需汽蚀余量Δhr ：避免汽蚀所必需的汽蚀余量。

必需汽蚀余量Δhr很难用理论准确求得，均用试验确定。等于试验中的临界汽蚀余量Δhc+0.3m。且取决于泵的结构型式和流量。必需汽蚀余量Δhr和允许吸上真空高度Ｈｓ均由试验得出，均来表示泵的吸入性能好坏。

▲当有效汽蚀Δha降到低于必需汽蚀余量Δhr时，产生噪音、振动、压头明显降低，称不稳定汽蚀区。

▲当有效汽蚀Δha进一步降低，噪音和振动并不强烈，压头和流量脉动消失，特性曲线呈一条下垂线，称“断裂工况”，也称“稳定汽蚀”。

▲不同的吸高Zs（Zs3 >Zs3 > Zs3），吸高Zs越大，有效汽蚀余量Δha越小，断裂工况向小流量的方向移动，不发生汽蚀的流量范围越小。

应对汽蚀的措施

１、避免发生汽蚀的措施
１）降低液体温度（使液体饱和压力降低）；
２）减小吸上高度或变净正吸入为灌注吸入（使吸口压力增大）；
３）降低吸入管阻力（采用粗而光滑的吸管，减少管路附件等）；
４）关小排出阀或降低泵转速（降低流量）。

２、提高泵抗蚀性能的措施
１）改进叶轮入口处形状（加大进口直径、加大叶片进口边的宽度、增大叶轮前盖板转弯处的曲率半径、采用扭曲叶片、加设诱导轮）；
２）采用抗蚀材料（铝铁青铜、2Gr13、稀土合金铸铁、高镍铬合金）；
３）叶轮表面光滑，叶片流道圆滑