薛龙龙
中国三安建设集团有限公司 陕西省西安市 710043
前言
无论在施工或者是在生产过程中我们经常会接触到水泵，而我们接触最多的水泵类型就是离心泵，适用范围广，使用数量多，使用数量远远超过其他类型水泵，而汽蚀现象是离心泵损坏的主要原因。因此，详细且充分的探究离心泵发生汽蚀的原理以及研究如何避免或者减小离心泵因汽蚀造成离心泵损坏，是本文研究的重点，研究如何有效防止离心泵汽蚀现象的产生，使其稳定有效的运行，延长设备使用寿命，降低经济成本。
正文
一、汽蚀产生的原理
离心泵产生汽蚀现象的最根本原理是因为在离心泵运转过程中由于叶轮的高速旋转，越远离叶轮中心处叶轮转动的线速度越高，液体流动的速度也越快，使叶轮片顶部及离心泵进口处出现低压，当叶轮叶片入口附近的压力小于该液体输送温度下的饱和蒸汽压力时，溶于液体中的空气发生逃逸现象，液体也开始汽化并产生汽泡，在这个过程中产生的汽泡随输送液体进入泵体内的高压区域时汽泡被挤压破裂，周围的液体迅速填充原汽泡破碎时留下的真空区域，产生水力冲击作用，在这个过程中随着气泡的产生与破裂，设备内部会产生巨大的噪音与振动，同时引起整个水泵机组的振动，如果水泵机组运行时振动的频率与撞击频率相同，则会产生更强烈的汽蚀共振，危害极大。这种离心泵运转过程中汽泡的生成--聚集--流动--破裂的全过程就称为汽蚀现象。
因此，可知造成离心泵运转过程中产生汽蚀现象的最根本原因就是两种：一、气体逸出产生气泡；二、液体在低压情况下汽化产生汽泡这两种情况。在该现象的定义上，泵界习惯喜欢用汽蚀，主要想表示其气体是液体汽化而成，不同于液体中溶解的气体，但是在离心泵产生汽蚀的机理研究上也不能忽视离心泵进口因各种原因处吸入气体或因溶解于液体中的气体逸出产生的气泡而造成离心泵发生汽蚀现象的这种情况。当然在离心泵进行生产运行的复杂情况中，离心泵产生汽蚀的严重程度、各种类型汽蚀现象产生的原理也各不相同。各种因素导致汽蚀现象的机理也有所差异。
二、汽蚀的预防措施
在上述的描述中我们理解了汽蚀现象产生的最根本原理，那么就需要在离心泵制造过程中选择合理正确的生产制造工艺，在工程建设、设备安装过程中根据现场实际情况合理的优化系统安装方案，避免因不合理的工艺、工法造成离心泵运行过程中汽蚀现象的产生。在建筑安装行业中从业多年，循环水系统的设计、安装多次涉及，其他类型的工程中离心泵的安装也不在少数，所以对以往的施工工作做了大量的归类、总结后有以下几点方法和措施以供参考。为了防止离心泵在使用过程中产生汽蚀现象损坏离心泵，可以采取以下措施：
1、离心泵的选型
1）适当选择进口管径较大的离心泵。由于液体在泵入口处具有的动能和静压能可以相互转换，其值保持不变，离心泵入口处液体流速高时，压力低，入口处流速低时，压力高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，可以适当增大泵入口的流动面积，以降低叶轮的转动速度，可以有效的避免或减小汽蚀现象；
2）采用双及叶轮结构，或者增加叶轮片进口宽度，这两种措施原理同上，都是在保证不改变离心泵额定流量和扬程的情况下适当降低离心泵内叶轮转速，来避免或减小汽蚀现象。
3）在叶轮前方增加诱导轮结构，在具有诱导轮的特殊结构下，能够有效的改善离心泵入口处输送液体的流动状况，还可以提高进口处液体压力；
4）离心泵选型时计算系统运行时所满足的必须汽蚀余量从而合理选择装置汽蚀余量，提高离心泵运行时的抗汽蚀能力；
2、系统设计
1）离心泵的安装标高。尽可能增大离心泵进口处标高与所输送液体的蓄液池标高的高差，以增大水泵进口处液体压力；
2）离心泵入口管路设计因合理，尽量减小离心泵入口管路的吸入阻力，入口管路出设置的弯头、阀门因尽可能简洁，水泵进口出管路尽可能缩短，使入口管路尽量平直、顺畅，尽量保证入口管路直径符合离心泵工作需求；
3）在离心泵的进口处与出口处安装压力表及时检测离心泵进出口管道压力，防止因离心泵进口处管路堵塞、滤网堵塞、液池液位下降等异常问题导致水泵进口处管路内形成负压，从而形成汽蚀现象；
3、其他措施
1）选用具有高硬度、高强度和高韧性的材料制作叶轮片，其化学稳定性越好，抗汽蚀和剥蚀性能越强。如硬质合金、磷青铜等材料，比普通铸铁的抗汽蚀能力大得多；
2）降低零件表面粗糙度，有研究表明，叶轮表面光滑度能够有效提高离心泵的抗汽蚀能力，因为提高叶轮叶片其介质进口部分的表面光洁度，可以很大程度上减少阻力损失。在实际施工过程中已经有实例证明，不锈钢叶轮抗汽蚀能力大大优于铸钢叶轮。
上述几种预防汽蚀的措施中应根据实际情况合理选择运用，离心泵型号的选择时一定要经过严格的论证和计算，经论证后选择适合自身系统的离心泵型号，并不是选择时安全裕量越大越好。例如离心泵进口管径选择符合设计要求时，离心泵进口处的液体流速相对较缓，使离心泵正常运行时发生汽蚀现象的可能减小；相反离心泵进口管径选择过大，离心泵输送的液体流量过小，会使进口管路内液体形成涡流和反向流，冲击叶轮背面，反而使汽蚀现象更加的严重。同样的在水泵内部增加隔舌及诱导轮是为了改善进口管路内液体流动情况，增加入口处液体压力，防止液体形成涡流，但是在系统设计或安装不合理致使水泵产生汽蚀的情况后，隔舌及诱导轮的存在反而会使汽蚀情况更加恶化。
三、特殊案例分析
由于施工现场的条件苛刻性、局限性，即使严格遵循上述要求安装的离心泵，在运转过程中发现还是不能够完全避免会发生汽蚀现象，例如在本公司承接的某某汽车股份有限公司青岛分公司的循环水系统改造工程中就发现，所安装的六台循环水离心泵就有三台离心泵因各种原因产生汽蚀现象，对离心泵叶轮及壳体造成不同程度的损坏，造成了一定成都的经济损失。经仔细检查并分析后确定汽蚀现象产生的原因如下：
1）因系统流量需要，系统设计是为三台离心泵进口主管路直径为DN200经变径后直径变为为DN150接在离心泵入口处，出口主管路型号经变径连接后为DN250，系统正式运行后离心泵出口处压力释放过快，造成离心泵内形成低压区，致使汽蚀情况的发生。在将离心泵出口管路出的管路直径改为DN200后，汽蚀现象有明显改善，但没有彻底消除；
2）同时在离心泵维修检查时发现，汽蚀现象发生后离心泵叶轮的腐蚀情况较轻，反而是离心泵铸钢壳体腐蚀情况较为严重，水流的冲击、腐蚀致使铸钢壳体基本被穿透，经测量未穿透部分仅为5mm。经过仔细的研究后发现该项目选择的某型水泵内部设有隔舌装置，隔舌装置本来的作用就是改善管道内部介质的流向，防止介质形成涡流及反向流，但是在汽蚀现象已经产生的情况下反而使汽蚀情况更加恶化。所以可以得出结论，在施工现场条件不允许的情况下、在汽蚀现象已经确定不可避免会发生的情况下，所选择的离心泵型号应以无隔舌、诱导轮装置为宜；
3）为了彻底消除汽蚀现象，在后期的跟进检查中还发现其中一台离心泵进水口处管件连接不够紧密，离心泵正常运行时无异常，停止运行时管件连接处有漏水现象，经试验也证明在离心泵正常运行时，在该处形成低压，空气在大气压力作用及水泵运行两个因素同时作用下，能从泄露处进入叶轮进口低压区，从而加剧汽蚀现象的严重程度；
4）另外一台离心泵，在拆除更换损坏的叶轮时检查发现，轴端密封有明显的磨损，轴端密封于轴套之间间隙较大，在离心泵正常运行时同样会有空压进入系统内部，造成汽蚀现象，冲击叶轮造成叶轮及壳体剥蚀、破坏。
四、总结
汽蚀现象是离心泵使用过程中能够经常遇见的问题，轻微的汽蚀现象在短时间内尽管对离心泵甚至系统没有太大影响，但危害不可忽视。上述特殊案例只能够说明汽蚀现象的形成原因是复杂的、多元性的，各种因素导致汽蚀现象的机理也有所差异。所以汽蚀现象的消除也应该从设备型号的选择、方案的设计、规范的施工等全方位展开。
参考文献：
[1]离心泵汽蚀原因分析 -- 卢云涛；
[2]离心泵汽蚀原因浅析 -- 佚名
[3]循环水泵叶轮汽蚀原因及防范措施 -- 佚名
论文作者:薛龙龙
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/5
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