一、汽蝕的產生原因

 

汽蝕是由液體汽化（huà）引起（qǐ）的，液體分子逸出液（yè）體（tǐ）表麵，成為氣體分（fèn）子（zǐ）的過程，稱為“汽化”。液體的汽化程度與壓力的大小、溫（wēn）度高低有關。溶解於液體中的氣體，在壓力和溫（wēn）度（dù）變（biàn）化時也會釋（shì）放出來，形成（chéng）汽穴。當液體內部壓力下降，低（dī）於液體在該溫度下的飽和蒸汽壓時，在局部區域形成汽泡或汽穴；而在壓力升高的地方汽泡（pào）突然被四周的壓力壓破，液流因慣性以極高的速度向汽泡的中心擠壓，對設備造（zào）成水力衝擊。這（zhè）種（zhǒng）微泡的產生、潰裂以及對過流表麵產生物理和化學作用的整個過（guò）程稱為汽蝕。

 

如果液體中不含任何雜質，即使在壓（yā）力很低時也不（bú）會發生（shēng）汽蝕。國外的汽蝕研究者通過試驗認為，超高純水的抗拉強度（即產生空穴的極限）遠遠（yuǎn）超（chāo）過通常的金屬材料的抗拉強度。但通常的液體（tǐ）中（zhōng）總是含氣體或固體，這（zhè）些雜質成為汽蝕核子，在一定條件下誘（yòu）發空穴的發生。含砂水流由於水與砂（shā）的比重不同，砂粒運動軌跡與流線脫（tuō）離，可（kě）能會加速汽蝕的發生。

 

 

二、在役泵的汽蝕診斷方法

 

泵的使用者通常無法利用製造廠（chǎng）流量一定時（shí）揚程的下（xià）降（jiàng）來判定汽（qì）蝕是否發生的（de）方法。在役泵是否（fǒu）發生汽蝕（shí），除在汽蝕破壞後觀（guān）察法（fǎ）外（wài）可以采用（1）超聲波法；（2）泵體外噪聲法；（3）振動法等方法判斷。

 

觀察法：破壞表麵觀察（chá）法（fǎ）是在事後觀（guān）察方法，根據破壞的表麵形狀來進行判斷。由（yóu）於汽蝕、鑄造（zào）氣孔、衝刷磨損（sǔn）、腐蝕等（děng）均會造成金屬表麵形狀（zhuàng）與理想（xiǎng）形狀的不同。汽蝕破（pò）壞的（de）金屬表（biǎo）麵通常顯現蜂窩狀，它是由（yóu）局部高速水（shuǐ）打擊金屬而使金屬表麵疲勞破（pò）壞，所以蜂窩孔（kǒng）一般是與外部相通的，大多數的坑槽與金（jīn）屬表麵垂直。鑄造缺陷的疏鬆往往深藏在金屬內部，有時由於水流的衝刷將金屬內部（bù）的疏鬆、氣孔呈於表麵而誤認為是汽蝕，但當我們用機械的方法繼續去處表麵時（shí）會發（fā）現其內部仍（réng）有氣孔。衝刷磨損痕跡往（wǎng）往出現與水流方向相同（tóng）的溝槽，但要（yào）注意有時有水流旋渦。

 

噪聲法：泵體外噪聲法比較簡單，可以不與泵體接觸。但由於噪聲法受周圍（wéi）環境噪聲的影響較大，當顯示其強度最高時。一般水泵汽蝕已達到非常強烈的階段，這時人耳已能通過強烈的汽蝕爆裂聲判別汽（qì）蝕工況。因此，泵體噪（zào）聲法不太適合現場監測汽蝕的發生。

 

振動法：這種方法是通過加速度計探頭測量泵體振動頻率的一種（zhǒng）方法，方法簡單，但靈（líng）敏度（dù）較低。特別（bié）對於（yú）大泵，泵體剛度大。對泵內局部汽蝕引起的汽泡潰裂所（suǒ）產生（shēng）的激振反應遲鈍，同時，泵上振源較多。由於汽蝕引起的（de）振動常被掩沒在其它振動之中。因此，振動法隻適宜作（zuò）為現場監測汽（qì）蝕的輔助手段。

 

超聲法（fǎ）：超聲波法測量汽（qì）蝕方法簡單，調試方便，且不受其它（tā）環境噪聲（shēng）的幹擾，對汽蝕的（de）發生和發展敏感性強。因此，作為泵站現場監視汽蝕是一種比較理想的方法。

 

 

 

三、減輕在役泵的汽蝕（shí）破壞的方（fāng）法

 

1、進（jìn）水池

 

在使用現場，對發生汽蝕（包括其它故障）的泵查看進水池的流（liú）動狀況是十分必要且又方便易行的。如果池表麵能看到強力的旋渦，應該考慮加破渦（wō）板。

 

另（lìng）外，管口與進水池的幾何尺寸也應注意。如：管口離池壁的距離是否合適，是否（fǒu）有（yǒu）氣泡進入泵吸入（rù）管(公眾號:泵管家)。

 

注意水池水位是必要的，抬高進水池水位可以減輕甚至徹底阻止汽蝕的（de）發生。

 

解台泵站對進水（shuǐ）口改造（zào），汽蝕浸蝕減少45%左右。齊魯石化的（de）劉克旺（wàng）、孫敬河等人（rén）在循環（huán）泵（bèng）進口添設破渦板後泵的汽（qì）蝕不（bú）再發生且流量從不穩（wěn）定的8500、8000m3/h分別提（tí）高（gāo）到穩定的9700、8200m3/h。

 

 

2、進水管路

 

進口管路的設置除應該盡量使管路（lù）損失小（如盡量（liàng）少的彎頭和不必要的閥門）外，讓（ràng）進水管不得有高於泵進口的部位以防止管內積氣（qì）。

 

1995年（nián）赤水天然氣化肥廠（chǎng）在循環泵進口橡膠膨脹接（jiē）為（wéi）1000mm，而管子為800mm。為此增加了放氣管，解決了由於其阻造（zào）成的壓力下降（jiàng），解決了汽蝕問題。

 

 

3、調整泵流量

 

新疆電力設計院王衛東建議由於我國（guó）采用的（de）原（yuán）阻力計算公式來源（yuán）於原（yuán）蘇聯，其阻力計算值比實際（jì）的大，阻力計算宜（yí）采用新公式進行。否則，泵在大流量運行容易發生汽蝕(《西北電力技（jì）術》2000)。

 

在水泵設計選型與實際有一定的（de）偏差時，水泵產生汽蝕和經濟運行可以通過切削葉輪來加以解決，以期達到消除汽蝕（shí），運行經濟的目的，實踐證明（míng），這種方法確（què）實行之有（yǒu）效。

 

 

4、利用引射結構

 

噴射裝置（zhì）在原理上相當於液-液噴（pēn）射泵（bèng）。在泵（bèng）的出口處引出一高（gāo）壓水引到如圖所示的高壓水室內（nèi），高壓水通過環形噴嘴進入泵的吸入管內。高壓水與吸入管內的水混合、交換能量，混合（hé）後的混合水能量相對於原吸入管的水能量（liàng）增加，從而滿足泵進（jìn）口所必須的汽蝕餘量。

 

浙江大學的吳昱等人對此進行了介紹(浙江大學碩士學位論文2003年)，論文（wén）中介紹了引射裝置的引回（huí）流量宜控製在2%-5%之間（jiān）。張德煌老先生在長沙曾采用過（guò）類似方法對100口徑的（de）多級泵進行試驗，取得了明顯效果。其方法是用1/2的管將平衡盤後的水引至（zhì）泵進口，泵係統的裝置汽（qì）蝕餘量降低了0.5~0.8m。

 

武漢大學的郭迪龍等人介（jiè）紹了一（yī）種射流－離心泵裝置。這種裝置相（xiàng）當於射流泵與離心（xīn）泵串聯工（gōng）作（zuò），對大（dà）吸程的泵十分有效，但一般（bān）不適合於（yú）在役泵的改造。

 

 

5、進口補氣

 

補（bǔ）氣的方法並不能防止汽蝕空穴的產生，但適當補氣會減（jiǎn）輕空穴破裂時產生對流道邊壁的破壞，補入的氣體象一層保護流（liú）道邊壁的海綿。這種方法（fǎ）在水輪機等中普遍采用，但向泵內補氣由於補氣量難於掌握（wò）使用非常少。

 

武漢水利電力學院孫壽、顏錦文（wén）對補（bǔ）氣防（fáng）水泵汽（qì）蝕進行了研究並取得了一定效果（guǒ），但同時指出（chū）：補氣防治水泵汽蝕，技術性很強，隻有補氣流量、補氣位置和補氣方式洽當，才能取得好的效果。否則，會使泵的流量（liàng）、揚程和效（xiào）率下降很多，引起不良後果。

 

 

6、采用抗汽蝕材（cái）料

 

不同的材料抗汽蝕（shí）能力有十分明顯的區別。影響材（cái）料抗剝蝕能力的因素很多，通常具（jù）有高硬度和高彈性的材（cái）料抗（kàng）剝蝕能力較強。國外推薦低（dī）碳鉻鎳合金（jīn）鋼，如13Cr4N作（zuò）為在（zài）汽蝕狀（zhuàng）態下工作的水力機械材料，具有（yǒu）較好的抗剝蝕性能。

 

對無法避免汽蝕時采用耐汽蝕材（cái）料是有效的。如：淩城泵（bèng）站對7#和10#機組，葉輪室將原鑄鋼換為（wéi）不鏽鋼，運行（háng）幾年（nián）未發現其（qí）實破壞（huài）斑痕。武定（dìng）門站將鑄鐵改為QT42-10，使用壽命提高（gāo）2倍以上。解台泵站用鑄鐵與銅對（duì）比,銅葉（yè）輪抗汽蝕效果明顯。

 

 

7、葉輪保護層

 

對葉（yè）輪塗層的方法比較常用，非金屬塗料塗敷采用環氧樹脂、尼龍粉、聚（jù）胺脂等。在流道表麵堆焊合金（jīn）或噴塗合金的方法在對汽蝕破壞也取得了一定效果，如不（bú）鏽鋼（gāng）焊條（tiáo）堆（duī）焊法（fǎ）、不鏽鋼板鑲焊（hàn）修補法、合金粉末噴焊。

 

就非金屬和合（hé）金（包括（kuò）不（bú）鏽鋼）的幾種方法比較。非金屬（shǔ）塗層方式經濟，但應當對其操作工藝嚴格控製，以防止塗層脫落的現象（xiàng）。采用合金粉末噴焊效（xiào）果好但成本高，且有（yǒu）些地方（fāng）可能無法進行。

 

如：某泵站采（cǎi）用金屬合金粉末噴焊處理的葉片，取得了較好的抗汽蝕效果，使用壽命可延長。中（zhōng）國長城鋁（lǚ）業公司郝百順（shùn）用H-l對泵（bèng）葉輪進行了（le）耐汽蝕磨損塗層（céng）的應用研究。引灤（luán）工程大張莊泵站原泵汽（qì）蝕嚴重，采用柔軟（ruǎn）陶瓷複合材料修複經過4年4000h的輸水檢查未發現汽（qì）蝕破壞。水利部鬆遼委察爾森水庫管理（lǐ）局王明臣介紹了TS216耐磨修補（bǔ）劑在水輪機轉輪抗氣（qì）蝕中的應用效果良好。

 

連雲（yún）港幣自來水公司馬援東采用激光熔覆方法對鑄鐵和鑄鋼（gāng）處理後，抗汽蝕性能分別是噴焊工藝處理的1.3和1.5倍。

 

 

8、修整葉片頭部

 

修整葉輪頭部對降低葉片進口（kǒu）的水流速度，減小葉輪進口排擠，提高泵的抗汽蝕（shí）能力是（shì）有效的。實踐證明盡管進口葉片減薄，在汽蝕環境中常常葉輪壽命更長。一（yī）般修整葉輪頭部是葉片頭部背麵（miàn）修薄，在靠（kào）近葉輪前蓋板多修一（yī）些。