叶片泵的空化及防止其发生空化的措施

青云丹鹤

叶片泵的空化及防止其发生空化的措施

摘要：空化或称为气穴是流体机械和其他工业设备中广泛存在的一种流体力学现象，尤其在泵类中更为普遍。叶片泵在使用过程中怎样防止发生空化，怎样去减少空化现象对叶片泵的损害是非常重要的。空化是一种十分有害的现象，所以研究泵的空化现象并采取相应的措施有助于提高泵的使用效率和延长泵的寿命等。

关键词：叶片泵；空化；原因；措施；叶轮

Abstract: Cavitation is a widespread phenomenon of a fluidis in industrial equipment.Particularly,it is more common in pumps.It is important for vane pump in use of how to prevent the occurrence of cavitation and how to reduce the cavitation phenomenon of the vane pump damage.Cavitation is a kind of very harmful phenomenon,so the study of pump cavitation phenomenon and taking some measures were helpful to improve the efficiency in the use of pump and to extend the pump life.

Key words: vane pump; cavitation; reason; measure; impeller

    1、空化现象概述

气相液相之间的相互转化，这是物体所固有的物理特性。我们知道水在一个标准大气压力作用下，温度上升到100℃时就开始汽化。当降低气压时，水在不到100℃时就开始汽化，如果使水在某一温度下保持不变，逐渐降低液面上的绝对压力，当该压力降低到某一数值时，水同样会发生汽化，这个压力就称为水在该温度下的汽化压力。液体汽化时，在液体中形成含有蒸汽式气泡，这种明显的气泡称为空泡。气泡随液体压力升高后，蒸汽将重新凝结，气泡溃灭。伴随着气泡的形成，发展和溃灭的同时，也会伴随着物理和化学现象，这种由于压力的降低而使气体汽化的过程称为空化。

在某一恒定温度下，使液体汽化时的恒定压力称为汽化临界压力或饱和蒸汽压。饱和蒸汽压的大小与液体的性质及温度有关系。一般来讲，对于同一种液体，随着温度的升高，蒸汽压也随着增加。由局部低压而产生的空化现象，空泡随着液体流动，当外界压力升高后，空泡就会破灭。空泡破灭后会发生一系列的复杂物理现象，比如气泡在叶轮流道壁面附近溃灭，则周围的液体以极高频率连续撞击金属表面，金属表面因冲击，疲劳而剥落。若气内还夹杂有某些活泼气体，这些活泼气体借助气泡凝结时产生的热量对金属起电化学腐蚀，这就更加加快了金属剥落速度，对过流面材料造成破坏，这种由于空泡的溃灭对过流表面材料的破坏现象称为空蚀。

2、空化现象发生的主要原因

2.1空化现象产生的外因——液体的内部压力

    在某一恒温条件下，当液体内的压力下降到该温度下的蒸汽压时，就开始发生空化。液体内的压力（均指绝对压力），绝对压力由计示压力或表压加上当地大气压，而当地大气压是因时因地而有所差异的，所以空化现象间接地与地域有一定关系。

2.2液体的温度

饱和蒸汽压与温度呈正相关（一般液体饱和蒸汽压与温度的关系和水饱和蒸汽压与温度关系相类似），因此温度越高的流体越容易发生空化现象。

2.3空化现象产生的内因——流体本身的性质

    不同的流体具有不同的内聚力和沸点，同一种流体含杂质量和含气量也有所不同，一般来讲沸点低的流体容易发生空化，含杂质或含气量多的流体也容易发生空化现象。

3、 叶片泵发生空化的主要危害

3.1破坏过流部件

因机械剥蚀和电化学腐蚀的作用，使金属材料发生破坏。通常受空蚀破坏的部位多位于叶轮出口附近和压出室进口附近，气泡在凝结时金属表面受到高频率的强烈冲击，致使金属表面出现麻点，继而表面呈现海绵状，沟槽状，蜂窝状，鱼鳞状等痕迹，严重时可造成叶片或前后盖板穿孔，甚至叶轮破坏，造成严重事故。

3.2产生振动和噪声

    气泡溃灭时，液体质点相互撞击，同时也撞击金属表面，产生各种频率的噪声，一般为600～2500Hz，也有高频率的超声波，当产生噪声的某一频率与设备自然频率相等，就会引起强烈共振现象，严重时可听见泵内有“噼啪”的爆炸声，同时引起机组振动。

3.3降低泵的性能

泵刚开始发生空化时，产生的气泡较少，对泵的正常工作没有明显影响，但当空化发展到一定程度时，叶轮内液体的能量交换将会受到明显的干扰和破坏，泵的流量，扬程，效率和轴功率均会明显下降，严重时会使泵中的液体断流，这时泵就不能正常工作了。

4、 防止泵发生空化现象的措施

4.1适当加大叶轮吸入口直径和叶片进口宽度

适当地加大叶轮吸入口直径，即适当地降低了叶轮进口流体平均绝对流速，适当加大叶片进口边宽度时，即适当降低了叶片进口处的相对流速，两者的结果都可适当降低泵的必需汽蚀余量，提高泵的抗空化性能。

4.2叶片在叶轮入口处延伸布置

叶片在叶轮入口处的延伸布置，对提高泵的抗空化性能是有利的。但叶片延伸量应该取多少为宜，需进行精确的计算。如果延伸量过大，泵的吸入性能反而恶化，另外将叶片入口边形状做成尖形头部，特别是最大厚度离进口边远些，这样对提高泵的抗空化性能是十分有利的。

4.3适当增加叶轮前盖板进口部分曲率半径

叶轮进口部分的液体在转弯处受到离心力作用影响，靠近前盖板的压力低，流速大，这就造成了叶轮进口速度分布不均匀。因此适当增加前盖板的曲率半径，有利于减小前盖板处的绝对速度和改善速度分布的均匀性，减小泵进口部分的压力降，从而降低泵的必须汽蚀余量，提高泵的抗空化性能。

4.4选择适当的叶片进口冲角

为了降低泵的必须汽蚀余量，叶轮入口处叶片安放角通常要比液流角大一个冲角，即一般取正冲角i=3°～10°，选择一定的冲角，使叶片的进口流道面积增大，降低液流速度。在一定流量下，液流进口速度下降，泵的必须汽蚀余量降低，而选择恰当的正冲角，泵的效率基本不受影响。

4.5采用前置诱导轮

诱导轮本身是一个空化性能很好的轴流式叶轮，在泵的第一级叶轮前面装诱导轮，当液体流过诱导轮时，诱导轮对液体做功而使液体增加能头，使液体在进入第一级叶轮之前就已经增压，从而提高吸入性能。

4.6采用双吸式叶轮

双吸式叶轮相当于两个单吸叶轮背靠背地并合在一起工作，使每侧通过的流量为总流量的一半，从而减小液体绝对速度，如果转速和流量均相同的两台泵，采用双吸式叶轮的泵的必须汽蚀余量为采用单吸式叶轮的63%，所以双吸式叶轮具有良好的抗空化性能。

4.7使用耐空化的材料

如果受条件限制，不可能完全避免空化时，应选用耐空化性能强的材料制造叶轮，以延长叶轮的使用寿命，通常情况下使用的材料有铝铁，青铜，高镍，铬合金不锈钢2Cr13和硬质合金等。实践表明，材料的强度，硬度，韧性和化学稳定性越高，叶轮流道表面越光滑，则泵的抗空化性能就越好。

4.8其他措施

减小泵吸入管路的阻力损失，如尽量减少吸入管路上的弯头，阀门等局部部件，尽可能加大吸入管路直径，以降低流速，尽量缩短吸入管路的水平距离等。增加吸入罐液面上的压力，提高泵的有效汽蚀余量，如原油长输管线上的输油泵，多以正压进泵，即增大罐液面上的压力，以保证泵的正常运行。减小泵的安装高度以提高泵的有效汽蚀余量，这是在使用泵时防止发生空化现象的最主要措施，当泵发生空化时，应尽量把流速调小或降速运行等

5、 结论

认识和了解叶片泵的空化现象并采取适当的措施提高叶片泵的抗空化性能，有利于更好地利用叶片泵进行生产，从而提高泵的工作效率。这样才能够合理利用资源，减少不必要的能量损失，保证叶片泵安全、正常、稳定。高效运行。

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姓名：宋启策

学号：122080704025