離心泵氣蝕的出現(xiàn)原因分析
在離心泵的設(shè)計(jì)和使用中，必須考慮影響離心泵汽蝕的因素。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究。但是，由于研究的側(cè)重點(diǎn)不同，而且大多是針對(duì)影響離心泵汽蝕的某一參數(shù)，研究成果比較零散，有些觀點(diǎn)相互矛盾。
1、流體物理特性的影響
流體物理特性對(duì)離心泵汽蝕的影響主要包括被輸送流體的純度、pH值和電解質(zhì)濃度、溶解氣體量、溫度、運(yùn)動(dòng)粘度、汽化壓力和熱力學(xué)性質(zhì)。
純度1中包含的固體顆粒濃度的影響。流體中包含的固體雜質(zhì)越多，空化核就越多。從而加速氣蝕的發(fā)生和發(fā)展。
pH值和電解液濃度的影響輸送極性介質(zhì)的離心泵，如一般水泵和輸送非極性介質(zhì)的管道離心泵，其汽蝕機(jī)理與輸送苯、烷烴等有機(jī)物的泵不同。輸送極性介質(zhì)的離心泵的汽蝕破壞可能包括機(jī)械作用、與流體PH值有關(guān)的化學(xué)腐蝕和與流體電解質(zhì)濃度有關(guān)的電化學(xué)腐蝕。然而，輸送非極性介質(zhì)的離心泵的汽蝕破壞可能只是由機(jī)械作用引起的。
3氣體溶解度的影響國(guó)外研究表明，流體中溶解的氣體含量促進(jìn)了空化核的產(chǎn)生和發(fā)展。
對(duì)氣化壓力影響的研究表明，隨著氣化壓力的增加，空蝕破壞先增大后減小。隨著氣化壓力的升高高，流體中形成的不穩(wěn)定氣泡核的數(shù)量也在增加，從而導(dǎo)致氣泡破裂、沖擊波強(qiáng)度和空化率的增加。但如果氣化壓力繼續(xù)增加，氣泡數(shù)量增加到一定限度，氣泡群形成層間距，阻止沖擊波傳播，減弱其強(qiáng)度，空化破壞程度逐漸降低。
5溫度的影響流體中溫度的變化會(huì)導(dǎo)致影響空化的其他物理性質(zhì)發(fā)生很大變化，如氣化壓力、氣體溶解度、表面張力等?？梢?jiàn)，溫度對(duì)汽蝕的影響機(jī)理是復(fù)雜的，需要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)判斷。
6表面張力的影響在其他因素不變的情況下，降低流體的表面張力可以減少氣蝕破壞。隨著流體表面張力的降低，氣泡潰滅產(chǎn)生的沖擊波強(qiáng)度降低，空化率降低。
7液體粘度的影響流體的粘度越高，流體的速度越低，到達(dá)高壓區(qū)的氣泡數(shù)量越少，氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊波強(qiáng)度也會(huì)降低。同時(shí)，流體的粘度越大，沖擊波的減弱越大。因此，流體的粘度越低，氣蝕破壞越嚴(yán)重。
8液體的可壓縮性和密度的影響隨著流體密度的增加，可壓縮性降低，氣蝕損失增加。
2。過(guò)流部件材料特性的影響
泵的汽蝕損壞主要體現(xiàn)在過(guò)流部件的材料損壞上。因此，過(guò)流部件的材料性能也會(huì)在一定程度上影響離心泵的汽蝕現(xiàn)象，
采用抗汽蝕性能好的材料制造過(guò)流部件是降低離心泵汽蝕影響的有效措施。
1材料硬度以AISI304葉輪為例。氣蝕將導(dǎo)致葉輪材料加工硬化，相變將誘發(fā)馬氏體鋼，這將反過(guò)來(lái)防止材料的進(jìn)一步氣蝕。然而，由加工硬化和相變誘發(fā)的馬氏體鋼的抗汽蝕性能主要取決于葉輪材料的硬度。
2加工硬化和抗疲勞性加工硬化指數(shù)越高，材料的抗疲勞性越好，材料的抗氣蝕性就越好。
3晶體結(jié)構(gòu)的影響在其他條件確定的情況下，抗氣蝕性是微觀結(jié)構(gòu)的函數(shù)。在立方晶系中，由于體心立方晶格的金屬具有較高的應(yīng)變速率敏感性，當(dāng)應(yīng)變速率上升時(shí)，會(huì)導(dǎo)致快速穿晶脆性斷裂和解理斷裂，并導(dǎo)致點(diǎn)蝕，從而產(chǎn)生較大的磨損率。對(duì)于密六方晶格的金屬，當(dāng)軸比接近理想且處于空蝕環(huán)境時(shí)，六個(gè)滑移系全部啟動(dòng)，迅速轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的FCC，吸收空蝕應(yīng)力所做的功，降低磨損率。對(duì)于面心立方晶格的金屬，存在許多滑移系，在高應(yīng)力作用下會(huì)發(fā)生塑性流變。因此，潛伏期長(zhǎng)，磨損率降低?？傊?，在汽蝕過(guò)程中，從BCC到HCP或FCC到HCP的轉(zhuǎn)變會(huì)提高抗汽蝕能力。
4晶粒度的影響葉輪所用金屬材料的晶粒度越小，抗汽蝕性能越好。因?yàn)榻饘俚乃?/div>
意嘉泵業(yè)其他產(chǎn)品：管道泵 多級(jí)離心泵 磁力泵 排污泵 化工泵 螺桿泵 多級(jí)泵 隔膜泵 自吸泵 油桶泵 齒輪油泵 計(jì)量泵 屏蔽泵 離心泵 潛水泵 深井泵 塑料泵 氟塑料泵 液下泵 漩渦泵 紙漿泵 玻璃鋼泵 轉(zhuǎn)子泵 管道離心泵 濃漿泵 消防泵 水泵控制柜 污水泵 成套給水設(shè)備
晶粒越小，細(xì)晶粒造成的晶界越多，位錯(cuò)滑移受阻，裂紋擴(kuò)展阻力增大，從而延長(zhǎng)磨損壽命。
3。離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響在離心泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，影響泵汽蝕特性的主要可以分為泵體設(shè)計(jì)和葉輪設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。研究表明，影響離心泵汽蝕性能的直接因素是葉輪入口處的局部流動(dòng)均勻性，因此葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比泵體設(shè)計(jì)對(duì)離心泵汽蝕的影響更大，是主要影響因素。
葉輪結(jié)構(gòu)對(duì)多級(jí)離心泵汽蝕性能的影響
離心泵的葉輪結(jié)構(gòu)對(duì)泵的汽蝕性能有重要影響，合理的葉輪結(jié)構(gòu)可以改善泵的汽蝕性能。
1葉片進(jìn)口厚度。葉片的擠壓作用增加了入口處的流體速度，導(dǎo)致壓力損失。選擇較小的葉片進(jìn)口厚度可以減小葉片對(duì)液體流動(dòng)的沖擊，增加葉片進(jìn)口處的過(guò)流面積，減少葉片的擠出，從而降低葉片進(jìn)口的絕對(duì)速度和相對(duì)速度，提高泵的抗汽蝕能力。
2葉輪進(jìn)口流道的表面粗糙度。離心泵葉輪進(jìn)口通道的表面粗糙度可分為兩類:一類是通道表面突出的明顯夾渣等孤立的粗糙突起或明顯的機(jī)加工和非機(jī)加工過(guò)渡邊緣；另一類是沿整個(gè)表面某一部分均勻分布的粗糙突起。結(jié)果表明，孤立粗糙突起會(huì)引起液體流動(dòng)中的附加沖擊和渦流，因此與相同高度的孤立粗糙突起相比，沿整個(gè)表面均勻分布的粗糙突起存在空化現(xiàn)象。
發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)小很多。因此，對(duì)粗糙轉(zhuǎn)輪表面，特別是帶有孤立粗糙突起的表面進(jìn)行拋光是提高離心泵抗汽蝕能力的有效措施。
3葉片入口喉部面積。葉片喉部面積對(duì)離心泵的汽蝕性能有很大影響。如果葉片進(jìn)口的喉部面積較小，即使合理設(shè)計(jì)了葉片進(jìn)口的過(guò)流面積與葉輪進(jìn)口的截面積之比，仍可能達(dá)不到理想的汽蝕性能。如果葉輪進(jìn)口喉部面積過(guò)小，葉輪進(jìn)口處液體流動(dòng)的絕對(duì)速度會(huì)增大，從而導(dǎo)致離心泵的汽蝕阻力降低。
4葉片數(shù)。離心泵的葉片數(shù)對(duì)泵的揚(yáng)程、效率和汽蝕性能有很大影響。誠(chéng)然，使用較少的葉輪葉片可以減少摩擦面，制造簡(jiǎn)單，但其對(duì)流體的導(dǎo)向效果變差；而使用較多的葉片可以降低葉片載荷，改善一次汽蝕特性，但過(guò)多的葉片會(huì)增加擁擠程度，減小相鄰葉片間的寬度，從而容易形成氣泡群堵塞流道，導(dǎo)致泵的汽蝕性能較差。因此，在選擇葉輪葉片數(shù)量時(shí)，一方面要盡量減少葉片的擁擠和摩擦面，另一方面要使葉片通道有足夠的長(zhǎng)度，以保證液體流動(dòng)的穩(wěn)定性和葉片對(duì)液體的充分作用。目前，對(duì)于葉片的數(shù)量沒(méi)有明確的和公認(rèn)的規(guī)則。然而，大量研究表明，CFD流場(chǎng)數(shù)值模擬應(yīng)用于具體的離心泵設(shè)計(jì)。
該方法能有效確定葉輪葉片數(shù)的最佳范圍。
葉輪進(jìn)口參數(shù)對(duì)離心泵汽蝕性能的影響
葉輪進(jìn)口參數(shù)是決定葉輪葉片進(jìn)口面積的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括葉片進(jìn)口角、葉輪進(jìn)口直徑、葉片進(jìn)口流道寬度和輪轂直徑。
1葉片進(jìn)口攻角δ β一般取3° ~ 10°的正攻角。由于采用了正角度，增加了葉片進(jìn)口角，可以有效減少葉片彎曲，增加葉片進(jìn)口流通面積，減少葉片擁擠。所有這些因素都會(huì)降低v0和ω0，提高泵的抗汽蝕能力。此外，當(dāng)離心泵的流量增加時(shí)，入口處的相對(duì)流動(dòng)角增加。使用正攻角可以避免泵在大流量下運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)負(fù)攻角，導(dǎo)致λ2急劇上升，如下圖所示。大量研究表明，增大葉片進(jìn)口角，保持正攻角，可以提高泵的抗汽蝕能力，對(duì)效率影響不大。但是，對(duì)于離心泵的抗汽蝕性能來(lái)說(shuō)，攻角的選擇存在一個(gè)最優(yōu)值，并不是攻角越大越好。要根據(jù)實(shí)際情況分析選擇。
2葉輪入口直徑。當(dāng)流量一定時(shí)，葉輪入口處液體流動(dòng)的絕對(duì)速度和相對(duì)速度都是吸入管徑的函數(shù)。因此，為了提高離心泵的抗汽蝕能力，葉輪進(jìn)口直徑存在一個(gè)最佳值。當(dāng)葉輪入口直徑小于這個(gè)最佳值時(shí)，隨著葉輪直徑的增大，入口速度降低，離心泵的汽蝕性能不斷提高。但是當(dāng)葉輪直徑超過(guò)最佳值時(shí)對(duì)于給定的流量，隨著入口直徑的增大，葉輪入口處會(huì)形成滯止區(qū)和回流，逐漸惡化離心泵的汽蝕性能。
3葉片進(jìn)口通道的寬度。在離心泵工況不變的情況下，增加葉片入口處的流道寬度會(huì)降低液流絕對(duì)速度的軸向分速度，從而改善離心泵的汽蝕特性，對(duì)離心泵的水力效率和容積效率影響不大。
4輪轂直徑。減小葉輪輪轂直徑會(huì)增加葉輪轉(zhuǎn)輪的實(shí)際進(jìn)口面積，從而改善離心泵的汽蝕性能。
5葉輪前蓋板的曲率半徑。當(dāng)流體通過(guò)離心泵的吸入口流向葉輪入口時(shí)，由于流道的收縮，流體的流量增大，產(chǎn)生一定的壓力損失。同時(shí)，由于在這個(gè)過(guò)程中流體流動(dòng)的方向由軸向變?yōu)閺较?，彎管處的不均勻流?chǎng)也會(huì)造成一定的壓力損失?？梢钥闯?，葉輪前蓋板的曲率半徑直接影響壓力損失，進(jìn)而影響離心泵的汽蝕特性。采用較大的曲率半徑可以減弱前蓋彎曲處的流速變化，使流速均勻穩(wěn)定，提高離心泵的汽蝕性能。
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