離心泵-離心泵氣蝕的原因-北京海角社区.COMHJ泵業機械有限責任公司

1.流體物（wù）理特性方麵的（de）影響

　　流體物理特性對離心泵氣蝕的影響主要包括：所輸送（sòng）流（liú）體的純淨度、pH值和電解質濃度、溶（róng）解氣體量、溫度、運動黏度、汽化壓力及熱力學性質。

　　（1）純淨度（所含固（gù）體（tǐ）顆粒物濃度）的影響 流體中所含固體雜（zá）質越（yuè）多，將導致氣蝕核（hé）子的數量增多（duō）。從而加速氣（qì）蝕的發生與發展。

　　（2）pH值和電解質濃度的（de）影響 輸送極性介質的離心泵（如一（yī）般的水泵）與輸送非極性介質（zhì）的離心泵（輸送（sòng）苯、烷（wán）烴等有（yǒu）機物的泵），其氣蝕機理（lǐ）是不同的。輸送極性介（jiè）質的離（lí）心泵的氣蝕損傷可能包括機械作用、化學腐蝕（與流體PH值（zhí）有關）、電化學腐蝕（與流體電解質濃度有關（guān））；而輸送非極性介質的離心泵的氣蝕損傷可能隻有機械作用。

　　（3）氣體溶解度的影響 國外研究表明（míng）流體內溶解（jiě）的氣體含量對（duì）氣蝕核子的產生與發展（zhǎn）起到促進作用。

　　（4）氣（qì）化壓力的影響 研（yán）究表明隨著氣化壓力的增高，氣蝕損傷先升高後降低。因為隨（suí）著氣化壓力的（de）升高，流體內形成的不穩定氣（qì）泡核的數量也不斷（duàn）升高，從而引（yǐn）起氣泡破裂數量的增多，衝（chōng）擊波（bō）強度增大，氣蝕率上升。但如果氣化壓力繼續增（zēng）大，使氣泡（pào）數（shù）增（zēng）加到_限度，氣泡群形成一種“層（céng）間隔”的作用（yòng），阻止了衝擊波行進，削（xuē）弱其強度，氣蝕的破壞程度反而會逐漸降低。

　　（5）溫度的影響 在（zài）流體中溫度的改變將導致氣化壓力（lì）、氣體溶解（jiě）度、表麵張力等其他影響氣蝕的物理性質出現較大改變。由此可（kě）見，溫度對氣蝕的影響機製較為複雜，需結合實際情況進行判（pàn）斷。

　　（6）表麵張（zhāng）力的影響 當其他因素保持不變，降低流體表麵張力可以減少氣蝕損傷（shāng）。因為（wéi）隨著流（liú）體表麵張力的減小，氣泡潰滅所產生衝擊波的強度減弱，氣蝕速（sù）率降低（dī）。

　　（7）液（yè）體黏（nián）度的影響 流體黏度（dù）越大，流（liú）速越低，達到高壓區的（de）氣泡數越少，氣泡破滅所產生衝擊波的強度（dù）_減（jiǎn）小。同時（shí），流體黏度越（yuè）大，對衝擊波削弱（ruò）也越大。因此（cǐ），流體的黏度（dù）越低，氣蝕損傷越嚴重。

　　（8）液體的可壓縮性和密度的影響 隨著流體（tǐ）密度的增加，可壓縮性降（jiàng）低，氣蝕損（sǔn）失增加。

　　2.過流（liú）部（bù）件（jiàn）材（cái）質特性方（fāng）麵的影響

　　由於（yú）泵（bèng）的氣蝕損傷（shāng）主要體現為對過流部件材質的（de）損壞。因此，過流部件的材料性能也將在_程度上對離心泵的氣蝕產生影響，采用抗氣蝕性能良好（hǎo）的材料製（zhì）造過流部件（jiàn）是減少離心泵（bèng）氣蝕（shí）影響的有效措施。

　　（1）材料的硬度 以（yǐ）AISI304材（cái）質的葉輪為例，氣蝕會造成葉輪材料的加（jiā）工硬化和相變誘發（fā）馬氏體鋼，這種變化將反過來阻止材料的進（jìn）一（yī）步氣蝕（shí）。而加工硬化和相變誘發馬氏體鋼的抗氣蝕性主要依賴於葉輪材質的硬度。

　　（2）加工硬化與抗疲勞性能 材料加工硬化指數越高，抗疲（pí）勞性能越好，則材料抗氣蝕性能越好。

　　（3）晶體結構的影響 在其他條件（jiàn）確定的情況下，抗氣蝕率（lǜ）是顯微（wēi）結構的函數。在立方晶係中，由於體心立方晶格（gé）的金屬具（jù）有較高的應變速率敏感性，當應變速率上升時，會引起快速的穿晶脆性斷裂和解理斷裂，並導致點（diǎn）蝕形（xíng）成，從（cóng）而產生較大的磨蝕率。對於密排六方晶格的（de）金屬，當接近於理（lǐ）想的軸比且處於氣蝕環境時，六個滑移係全部（bù）開動，迅速轉（zhuǎn）變成穩定態FCC，吸收（shōu）氣蝕（shí）應力所做的功，使磨蝕率下降。對於麵心立方晶格的金屬，滑移（yí）係較多，在高應力作用下，將發生塑性流變。因此，孕育期長（zhǎng），磨蝕率降低。總之，在氣蝕過程（chéng）中，發生由BCC向HCP或FCC向HCP轉變（biàn），都將提（tí）高（gāo）抗氣蝕性。

　　（4） 晶粒大小（xiǎo）的影響 葉輪所使（shǐ）用金屬材料的（de）晶（jīng）粒尺寸越小，抗氣蝕（shí）性能越好。因為金屬的晶（jīng）粒尺寸越（yuè）小，細晶使晶界增多，位錯（cuò）滑移受（shòu）阻，裂紋（wén）在擴展中受阻力增大，延長了磨蝕（shí）壽命。

　　3.離（lí）心泵結構設計方麵的影響（xiǎng）

　　在離心泵結構設計（jì）方麵對（duì）泵氣蝕特性起主要影響的可以分為泵體設計（jì）和葉輪設計（jì）兩個方麵。研究表明影響離心泵氣蝕性能的（de）直接因素是葉（yè）輪進口的局部流動均勻性（xìng），因（yīn）此葉（yè）輪結構設計比泵體的設計對離心泵氣蝕的影響大，是主要影響（xiǎng）因素。

　　（1）葉輪結構對離心泵氣蝕性（xìng）能的影響

　　離心泵葉輪（lún）結構對泵的氣蝕性能有著重要（yào）的影響，合（hé）理的（de）葉輪結構可以_泵（bèng）的氣蝕性能。

　　1）葉片進口厚度。葉片的排擠作用使得進口處流體速度增加而產（chǎn）生壓力損失。選擇較（jiào）小的葉片（piàn）進口厚度，可以減少葉（yè）片對液流的衝擊，增大葉片進口處的過流麵積，減少葉片的排擠，從而降低葉片進口的_速度和（hé）相對速度，提高泵的抗氣蝕性能。

　　2）葉輪進（jìn）口流道表麵粗糙度。離心泵的葉輪進口流道的表麵粗糙度可以分為二類：一類是孤立粗糙突（tū）體（如明顯的突出流道（dào）表麵的夾渣或明顯的機加工與非加工過渡棱等），另一類是沿整個表麵（miàn）某一部份均勻（yún）分布的粗糙突（tū）體。研（yán）究表明（míng）孤立粗糙突體會在液流中引（yǐn）起額外的衝（chōng）擊和漩渦，因此沿整個表麵均勻分（fèn）布（bù）的粗糙突體與（yǔ）同樣高度（dù）的（de）孤立粗糙突體比較，其氣蝕發（fā）生的（de）危險性要小得（dé）多。由此（cǐ）可見，對粗糙流道的（de）表麵（miàn），尤其是存在（zài）孤立粗糙突體的表麵，進行必要的打磨是提高離心泵（bèng）抗氣蝕性能（néng）的有效措施。

　　3）葉片進口喉部麵積。葉片進（jìn）口的（de）喉部麵積對離心泵氣蝕性能的影響非常之大。如果葉片入口喉部麵積較小，即使葉片進口處過流麵（miàn）積與葉輪進口斷麵麵積之比設計（jì）的較（jiào）為合理，但（dàn）仍舊很可能無法達到理想的（de）氣蝕性能。葉輪葉（yè）片進口喉（hóu）部麵積過（guò）小（xiǎo），將導致葉片進口液流的_速度增大，從而造成離（lí）心泵抗氣蝕性能下降。

　　4）葉片數。離心泵葉輪內葉片（piàn）的數量對於泵的揚程、效率、氣蝕性能都有較大影響。固然，采用較少的葉輪葉片數量能減少的摩擦麵，製造簡單，但是它對流體的導向作用卻變差了；而采用較多的葉片數可以減少葉片負荷，_初生氣蝕特性，但是葉（yè）片數過多會造成排（pái）擠程度的（de）增加（jiā），並使相（xiàng）鄰葉片之間的寬度減小，從而容易形成汽（qì）泡群堵塞流道，致使機泵氣蝕性能變差。因此，在選擇葉輪葉片數時，一方麵要盡量減（jiǎn）少葉片的排擠與摩擦麵，另一方麵又要使葉道有（yǒu）足夠的長度，以_液流的穩定性和葉片對液體的充分作用。目前（qián），對（duì）於葉片數的取值並沒有一個確定的、公認的規則。但（dàn）大量的研究表明，針（zhēn）對具體的離心泵設計，應用CFD流場數值模（mó）擬（nǐ）的（de）方法可（kě）以有（yǒu）效（xiào）的（de）確定葉輪葉片數的_範圍。

　　（2）葉輪吸入口參（cān）數（shù）對離（lí）心（xīn）泵氣蝕性能的影響

　　葉輪吸入口參數即決定葉輪（lún）葉片進（jìn）口麵積的相關結構參數，其包括：葉片進口衝角、葉輪進口直徑（jìng）、葉片進口流道寬度以及輪轂直徑。

　　1）葉片進口衝角Δβ一般取正衝角（3°~10°）。由於采用正衝角，增大了葉片進口角，從而能夠有效減小葉片的彎（wān）曲，增大葉片進口過流麵積，減小葉片的排擠。這（zhè）些因素都將減小v0和ω0，提（tí）高泵的抗氣蝕性能。並且（qiě）離心泵的流量增加時，進口（kǒu）相對（duì）液流角增大，采用正衝角可以避免泵在大流量下（xià）運轉時出（chū）現負衝角，造成λ2急（jí）劇上升（shēng）（如下圖所示）。大量研究表明增大葉片進口角（jiǎo），保持正衝角，能（néng）提高泵的抗氣蝕性能（néng），而（ér）且對效率影響（xiǎng）不大。但衝角的選擇對離心泵的抗氣蝕性能則存在（zài）一個_優值，並不是衝（chōng）角（jiǎo）越大越好，應結合實際情況進行（háng）分析、選擇。

衝（chōng）角Δβ對壓降係數λ2的影響

　　2）葉輪進口直徑。在流量恒（héng）定的情況下，葉輪進口處液流的_速度和相對速度（dù）都是吸入管徑的函數。因此，對（duì）於提（tí）高離（lí）心泵的抗（kàng）氣蝕特性，葉輪進口直徑存在一個_值。當葉輪進口直徑小於此_值時，隨著葉（yè）輪直徑的增大，進口處（chù）的（de）流速減小，離心泵氣蝕性能不斷提高。但當葉（yè）輪直徑（jìng）的取值_過_值之後，對於給定流量來說，隨著進口直徑的增大，在葉輪進口（kǒu）部分將形成停滯區和反向流，使離心泵氣蝕（shí）性能逐漸惡化。

　　3）葉片進口流道寬度（dù）。在離心泵的工況不變的情況下，增大（dà）葉片進口處流道的寬度會使液流_速度的軸麵分速度減小，從而_離心泵的氣蝕特性，並且（qiě）對離（lí）心泵的水力效率（lǜ）和容積效率影響較小。

　　4）輪轂直（zhí）徑。減小（xiǎo）葉輪的輪轂直徑會增大（dà）葉輪流道的實際進口麵積，從而使（shǐ）離心泵的氣蝕（shí）性能得到_。

　　5）葉輪前蓋板的曲率半徑。流體在流經離心泵（bèng）吸入口至葉輪進口處時，由於流道（dào）收縮，流體（tǐ）流速增加，從而（ér）產（chǎn）生_的（de）壓力損失。同時，由於在此過程中流體流動的方向由軸向變為徑向，因轉彎處流場不均勻也（yě）會產生（shēng）一部分（fèn）壓力損（sǔn）失。可見葉輪前蓋板曲率半徑的大小直（zhí）接影響著壓（yā）力損失的大小，進而影響著離心泵的氣蝕特性。采用較大的曲率（lǜ）半徑（jìng）可減弱前蓋處液（yè）流轉彎（wān）處（chù）流速的變（biàn）化，使流速均勻平穩，_離心泵氣蝕性能。

　　4.其他方麵的影響：

　　1.參數的相互（hù）影響

　　到目前為止（zhǐ），對離心泵氣蝕影響因（yīn）素的研究都隻是針對某個參數進行的，對各個參數間的相互影響則很少研究（jiū）。但結構參數的影響是一個統一的整體，它（tā）們是互相製約、互相影響的，今後的研究應該向綜合影響因素方向發展。

　　2.離心（xīn）泵的運行工況

　　離心泵在實際使用過程中，由於操作條件極為複雜，泵入口流量、壓力隨之不斷（duàn）改變。因此，離心泵的實際工況往往與實驗、設計的工況存在較大的偏差。其發（fā）生氣蝕的可能（néng）遠遠_出實驗的預（yù）計。

小結

　　由於氣蝕的機理非常複雜，影響離心泵氣蝕的因素較多，且各（gè）種因素並不是孤立（lì）作用的（de），不同的影響因素（sù）之間存在相互作用（yòng）、相互影響。因此在研究（jiū）離心泵的氣蝕性能（néng）時（shí），應結合實際情況對（duì）影響（xiǎng）泵氣蝕的機理與因素進行（háng）通盤的考慮。近年來，隨著CFD 技術的發展，通過對離心泵內流場的數值模擬，為研究多種因素共同影響下的離心泵氣蝕性能提供（gòng）了新的手段。但目前，大多數離心泵氣蝕CFD數值（zhí）模擬仍局限於研究（jiū）單一因素對泵氣蝕性能的（de）影響，接下來的研究應更多關注不同因素間（jiān）相互（hù）作（zuò）用對離心泵抗氣蝕性能的影（yǐng）響。