水泵气蚀现象产生的原因

（1）设计、制造方面。

1）改变叶轮形状的设计及优化叶轮的结构参数，改善汽蚀产生的外部条件；

2）叶片及其他水流经的部件应选用抗汽蚀性能良好的材料；

3）减少吸入管的压力损失∑h、吸入管路系统包括底阀、虑水器、管路、弯头、等，使这些部位的安装设计合理，减少损失，也是降低水泵发生汽蚀现象的重要途径；

4）减少泵本身必须的汽蚀余量，为此，可适当加大手级叶轮吸入口直径，或采用无底阀排水。（2）使用方面。

1）在安装允许的条件下，尽量减小泵的吸水高度。这样使泵运行中的允许汽蚀余量更大些。一般情况下安装高度在2～3.5m时，降低泵发生汽蚀现象。

2）降低井水的密度，含煤粉和泥沙的矿井水，为了减小矿水密度以减少泵的汽蚀，应在矿井排水之前做沉淀处理。

3）减小水流进泵吸入口的平均流速。

汽蚀现象是指离心泵安装高度提高时，将导致泵内压力降低，泵内压力最低点通常位于叶轮叶片进口稍后的一点附近，液体以很大的速度从周围冲向气泡中心，产生频率很高、瞬时压力很大的冲击。

危害：会使其表面出现斑痕及裂缝，甚至呈海绵状逐步脱落；发生汽蚀时，还会发出噪声，进而使泵体振动；同时由于蒸汽的生成使得液体的表观密度下降，于是液体实际流量、出口压力和效率都下降，严重时可导致完全不能输出液体。

扩展资料

现象

1、产生噪声和振动

由于泵汽蚀时，在高压区发生连续破灭产生强烈水击，而产生噪声和振动，可以听到像爆豆似的劈劈啪啪的声音。根据噪音可以检测汽蚀的初生。

2、过流部件的腐蚀破坏

泵长时间在汽蚀条件下工作时，泵过流部件在某些地方会遭到腐蚀破坏。一种是由于气泡破灭时产生高频（600~25000HZ）强烈冲击，压力高达49Mpa，致使金属表面出现机械剥蚀；另一种是由于汽化时放出热量，并有温差电池作用产生水解，产生的氧气使金属氧化，发生化学腐蚀。

参考资料来源：百度百科-汽蚀现象

高温热水泵汽蚀或汽蚀进程即是活动的液体发作气泡并随后发作决裂的进程。当流体的绝对速度添加，由于流体的静压力降低，关于必定温度下流体的某些特定质点来说，虽无热量自外部输入，但它们已达到了汽化压力，使得质点汽化，并发作汽泡。沿着流道，假如流体的静压力随之再次添加，大于汽化压力，汽泡就会敏捷决裂，发作无穷的归于内向的冷凝冲击。若汽泡决裂不是发作在活动液体时，而是发作在导流组件的壁面处，则汽蚀会致使壁面资料受到浸蚀。

当高温热水泵在汽蚀情况下操作时，即便没有发作壁面资料的浸蚀，也会发现此时高温热水泵的噪声增大，振动加重，功率降低，以及扬程降低。 设备汽蚀余量：又称为有用的汽蚀余量。设备汽蚀余量是由于吸入设备供给的，在高温热水泵进口处单位分量液体具有超过汽化压和水头的富余能量。国外称此为有用的净正吸头，即泵进口处(位置水头为零)液体具有全水头减去汽化压和水头净剩的值，用NPSHa表明。它的巨细与设备参数跟液体性质有关。由于吸入设备的水力损失和流量的平方成正比，所以NPSHa随流量添加而减小。NPSHa-Q是降低的曲线。

多级高温热水泵汽蚀余量与设备参数无关，只与泵进口有些的运动参数有关。运动参数在必定转速和流量下是由几许参数决议的。这即是说NPSHr是由泵自身(吸水室和叶轮进口有些的几许参数)决议的。对既定的泵，不管何种液体(除粘性很大。影响速度散布外)，在必定转速和流量下流过泵进口，因速度巨细一样故均有一样的压力降，NPSHr一样。所以NPSHr和液体的性质无关(不考虑热力学要素)。NPSHr越小，表明压力越小，请求设备有必要供给的NPSHa小，因此泵的抗汽蚀性能越好。

（1）泵体内连续的局部水击，会使材料表面逐渐疲劳损坏刁1起金属表面出现麻坑或剥蚀；另一方面，由于水的汽化，水中会分离出氧气，对金属部件产生氧化腐蚀。（2）汽蚀过程的不稳定，还会引起水泵产生振动和噪音；同时由于汽蚀时汽泡堵塞了叶轮流道，会造成流量和扬程的降低，严重时还会使输水中断。

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高温锅炉给水泵对泵体结构、抗压性、稳固性要求比较高，良好的流道设计和叶轮的设计能够最大程度上减少气蚀对锅炉泵的损害，这也是对水泵行业提出的有一个新的考题。

高温锅炉给水泵汽蚀或汽蚀过程就是流动的液体产生气泡并随后发生破裂的过程。当流体的绝对速度增加，由于流体的静压力下降，对于一定温度下流体的某些特定质点来说，虽无热量自外部输入，但它们已达到了汽化压力，使得质点汽化，并产生汽泡。沿着流道，如果流体的静压力随之再次升高，大于汽化压力，汽泡就会迅速破裂，产生巨大的属于内向爆炸性质的冷凝冲击。若汽泡破裂不是发生在流动液体时，而是发生在导流组件的壁面处，则汽蚀会导致壁面材料受到浸蚀。

当高温锅炉给水泵在汽蚀状况下操作时，即使没有发生壁面材料的浸蚀，也会发现此时高温锅炉给水泵的噪声增大，振动加剧，效率下降，以及扬程降低。

装置汽蚀余量：又称为有效的汽蚀余量。装置汽蚀余量是由于吸入装置提供的，在高温锅炉给水泵进口处单位重量液体具有超过汽化压和水头的富余能量。国外称此为有效的净正吸头，即泵进口处(位置水头为零)液体具有全水头减去汽化压和水头净剩的值，用NPSHa表示。它的大小与装置参数跟液体性质有关。因为吸入装置的水力损失和流量的平方成正比，所以NPSHa随流量增加而减小。NPSHa-Q是下降的曲线。

多级高温锅炉给水泵汽蚀余量与装置参数无关，只与泵进口部分的运动参数有关。运动参数在一定转速和流量下是由几何参数决定的。这就是说NPSHr是由泵本身(吸水室和叶轮进口部分的几何参数)决定的。对既定的泵，不论何种液体(除粘性很大。影响速度分布外)，在一定转速和流量下流过泵进口，因速度大小相同故均有相同的压力降，NPSHr相同。所以NPSHr和液体的性质无关(不考虑热力学因素)。NPSHr越小，表示压力越小，要求装置必须提供的NPSHa小，因而泵的抗汽蚀性能越好。

高温锅炉给水泵汽蚀余量(NPSHr)和泵内流动情况有关，是由高温锅炉给水泵本身决定的平衡泵进口部分的压力降，也就是为了保证泵不发生汽蚀，要求在泵进口处单位重量液体具有超过汽化压力水头的富余能量。国外称此为必需的净正吸头。泵汽蚀余量的物理意义表示液体在泵进口部分压力下降的程度。所谓必需的净正吸头，是指要求吸入装置必须提供这么大的净正吸头，方能补偿压力下降，保证泵不发生汽蚀。

泵的汽蚀发生的原因

当泵的入口压力低于该温度下的饱和蒸汽压力时，液体就汽化，同时还有可能有溶解在液体内的气体从液体中逸出，形成大量的小汽泡，这些小汽泡随液体流到叶轮的流道内，叶轮旋转时产生的压力大于饱和蒸汽压时，这些小汽泡重新凝结、馈灭，形成一个空穴。这时周围的液体以极高的速度向这个空穴冲来，液体的质点互相撞击形成局部水利冲击，使局部压力可达数百个大气压。汽泡越大，其凝结馈灭时产生局部水击越大，这种水力冲击的速度很快，频率可达2500次/s，在叶轮表面发生猛烈的撞击，产生机械腐蚀。上述这种液体的汽化、凝结、冲击和对金属剥蚀的综合现象就称为汽蚀。

汽蚀危害

汽泡馈灭时，液体质点互相撞击，会产生噪音，汽蚀严重时会产生振动，流量、扬程、效率会明显下降，甚至会出现“抽空”现象，同时叶轮会因汽蚀剥蚀减薄，甚至叶片和盖板被穿透。

发生汽蚀的基本条件

发生汽蚀的基本条件是叶片入口的最低液流压力低于该温度下液体的饱和蒸汽压力。

有效汽蚀余量是指介质自吸入罐经吸入管道到达泵入口后，所富余的高出汽化压力的那部分能头，这个富余能头习惯上称为有效汽蚀余量，用符号Δha表示。它的数值大小与吸入管路优劣有关，与泵本身无关。当NPSHa数值大时，表示吸入管路设计合理，其值愈大愈好，要强调的是上述都是指泵在输送液体为水且又在常温时。当输送液体为烃时，其汽化压力和烃的化学结构有关，要进行必要的修正。当非常温时，就是输水也要进行饱和蒸汽压的修正。在高原地区因大气压低，也要进行必要的修正。 有效汽蚀余量数值的大小与泵吸入罐的压力、温度、吸入管道的几何安装高度、介质的性质等操作条件有关，与泵本身的结构尺寸无关，因此有效汽蚀余量又称为泵装置的有效汽蚀余量。泵的必需汽蚀余量表示介质从泵入口到叶轮内最低压力点处的全部能量损失，用Δhr 表示。这个值越小，泵越不容易发生汽蚀。

离心泵的有效汽蚀余量与必需汽蚀余量关系的关系

离心泵入口处的富余能量Δha若能克服这个能量损失Δhr还有剩余，即Δha＞Δhr，则表示介质流到叶轮最低压力点时，其压力还可高于介质的饱和蒸汽压力而不至于汽化，所以就不会发生汽蚀，反之Δha＜Δhr，介质就汽化，泵就会发生汽蚀。

水泵入口流量降低时为什么易产生汽蚀现象？

这是因为：离心泵工作时的扬程、功率和效率等主要性能参数并不是固定的，而是随流量的变化而变化。把其变化关系画在一张座标纸上得出的曲线称离心泵的工作性能曲线或特性曲线。

当流量降低时，会产生哪种情况？节流调节的缺点是泵流量较小时，叶轮容易引起汽蚀。这是因为离心泵的叶轮在原动机的带动下高速旋转，当阀门开度减小，流量太少时，不能将叶轮与液体摩擦所产生的热量完全带走，使泵内液体温度升高。因而引起液体汽化，形成汽蚀。尤其是发电厂中锅炉给水泵更为显著。所以采用节流调节时要设置再循环系统，加大泵的输出流量以防止汽蚀。当给水流量降到最大流量的1/3时，就应开启再循环门，使通过给水泵的流量适当增加，以保证给水泵内液体温度不至上升。

节流调节就是在输送流体的管道上改变阀门的开度来调节泵的流量，即改变管路特性曲线。常用出口端节流调节，因为入口节流调节会使进口压力降低，有引起汽蚀的危险。

汽蚀是液力机械中常见的故障之一，由于进口池或管路设计不合理，以及未充分考虑大气压、温度、介质气化压力的变化等常常因为汽蚀而引起泵的过早失效。已经安装服役的泵几乎没有办法完全克服泵本身汽蚀性能差造成的汽蚀破坏（《泵手册》第一分册）。本文将主要介绍减轻在役泵汽蚀破坏的方法，这些方法在实际应用中均取得了明显的效果。一、汽蚀的产生原因汽蚀是由液体汽化引起的，液体分子逸出液体表面，成为气体分子的过程，称为“汽化”。液体的汽化程度与压力的大小、温度高低有关。溶解于液体中的气体，在压力和温度变化时也会释放出来，形成汽穴。当液体内部压力下降，低于液体在该温度下的饱和蒸汽压时，在局部区域形成汽泡或汽穴；而在压力升高的地方汽泡突然被四周的压力压破，液流因惯性以极高的速度向汽泡的中心挤压，对设备造成水力冲击。这种微泡的产生、溃裂以及对过流表面产生物理和化学作用的整个过程称为汽蚀。如果液体中不含任何杂质，即使在压力很低时也不会发生汽蚀。国外的汽蚀研究者通过试验认为，超高纯水的抗拉强度（即产生空穴的极限）远远超过通常的金属材料的抗拉强度。但通常的液体中总是含气体或固体，这些杂质成为汽蚀核子，在一定条件下诱发空穴的发生。含砂水流由于水与砂的比重不同，砂粒运动轨迹与流线脱离，可能会加速汽蚀的发生。笔者在论文“泥浆泵的汽蚀及抗磨抗汽蚀材料”（《润滑与密封》1993）中进行了详细介绍。二、在役泵的汽蚀诊断方法泵的使用者通常无法利用制造厂流量一定时扬程的下降来判定汽蚀是否发生的方法。在役泵是否发生汽蚀，除在汽蚀破坏后观察法外可以采用（1）超声波法；（2）泵体外噪声法；（3）振动法等方法判断。观察法：破坏表面观察法是在事后观察方法，根据破坏的表面形状来进行判断。由于汽蚀、铸造气孔、冲刷磨损、腐蚀等均会造成金属表面形状与理想形状的不同。汽蚀破坏的金属表面通常显现蜂窝状，它是由局部高速水打击金属而使金属表面疲劳破坏，所以蜂窝孔一般是与外部相通的，大多数的坑槽与金属表面垂直。铸造缺陷的疏松往往深藏在金属内部，有时由于水流的冲刷将金属内部的疏松、气孔呈于表面而误认为是汽蚀，但当我们用机械的方法继续去处表面时会发现其内部仍有气孔。冲刷磨损痕迹往往出现与水流方向相同的沟槽，但要注意有时有水流旋涡。噪声法：泵体外噪声法比较简单，可以不与泵体接触。但由于噪声法受周围环境噪声的影响较大，当显示其强度最高时。一般水泵汽蚀已达到非常强烈的阶段，这时人耳已能通过强烈的汽蚀爆裂声判别汽蚀工况。因此，泵体噪声法不太适合现场监测汽蚀的发生。振动法：这种方法是通过加速度计探头测量泵体振动频率的一种方法，方法简单，但灵敏度较低。特别对于大泵，泵体刚度大。对泵内局部汽蚀引起的汽泡溃裂所产生的激振反应迟钝，同时，泵上振源较多。由于汽蚀引起的振动常被掩没在其它振动之中。因此，振动法只适宜作为现场监测汽蚀的辅助手段。超声法：超声波法测量汽蚀方法简单，调试方便，且不受其它环境噪声的干扰，对汽蚀的发生和发展敏感性强。因此，作为泵站现场监视汽蚀是一种比较理想的方法。另外，抚顺石油学院化工机械研究所赵会军介绍了用电测法预测离心泵汽蚀性能(《石油化工高等学校学报》1997)。三、减轻在役泵的汽蚀破坏的方法1、进水池在使用现场，对发生汽蚀（包括其它故障）的泵查看进水池的流动状况是十分必要且又方便易行的。如果池表面能看到强力的旋涡，应该考虑加破涡板。另外，管口与进水池的几何尺寸也应注意。如：管口离池壁的距离是否合适，是否有气泡进入泵吸入管。注意水池水位是必要的，抬高进水池水位可以减轻甚至彻底阻止汽蚀的发生。解台泵站对进水口改造，汽蚀浸蚀减少45%左右。齐鲁石化的刘克旺、孙敬河等人在循环泵进口添设破涡板后泵的汽蚀不再发生且流量从不稳定的8500、8000m3/h分别提高到稳定的9700、8200m3/h。2、进水管路进口管路的设置除应该尽量使管路损失小（如尽量少的弯头和不必要的阀门）外，让进水管不得有高于泵进口的部位以防止管内积气。1995年赤水天然气化肥厂在循环泵进口橡胶膨胀接为1000mm，而管子为800mm。为此增加了放气管，解决了由于其阻造成的压力下降，解决了汽蚀问题。3、调整泵流量新疆电力设计院王卫东建议由于我国采用的原阻力计算公式来源于原苏联，其阻力计算值比实际的大，阻力计算宜采用新公式进行。否则，泵在大流量运行容易发生汽蚀(《西北电力技术》2000)。在水泵设计选型与实际有一定的偏差时，水泵产生汽蚀和经济运行可以通过切削叶轮来加以解决，以期达到消除汽蚀，运行经济的目的，实践证明，这种方法确实行之有效。4、利用引射结构喷射装置在原理上相当于液-液喷射泵。在泵的出口处引出一高压水引到如图所示的高压水室内，高压水通过环形喷嘴进入泵的吸入管内。高压水与吸入管内的水混合、交换能量，混合后的混合水能量相对于原吸入管的水能量增加，从而满足泵进口所必须的汽蚀余量。浙江大学的吴昱等人对此进行了介绍(浙江大学硕士学位论文2003年)，论文中介绍了引射装置的引回流量宜控制在2%-5%之间。张德煌老先生在长沙曾采用过类似方法对100口径的多级泵进行试验，取得了明显效果。其方法是用1/2的管将平衡盘后的水引至泵进口，泵系统的装置汽蚀余量降低了0.5~0.8m。武汉大学的郭迪龙等人介绍了一种射流－离心泵装置。这种装置相当于射流泵与离心泵串联工作，对大吸程的泵十分有效，但一般不适合于在役泵的改造。5、进口补气补气的方法并不能防止汽蚀空穴的产生，但适当补气会减轻空穴破裂时产生对流道边壁的破坏，补入的气体象一层保护流道边壁的海绵。这种方法在水轮机等中普遍采用，但向泵内补气由于补气量难于掌握使用非常少。武汉水利电力学院孙寿、颜锦文对补气防水泵汽蚀进行了研究并取得了一定效果，但同时指出：补气防治水泵汽蚀，技术性很强，只有补气流量、补气位置和补气方式洽当，才能取得好的效果。否则，会使泵的流量、扬程和效率下降很多，引起不良后果。6、采用抗汽蚀材料不同的材料抗汽蚀能力有十分明显的区别。影响材料抗剥蚀能力的因素很多，通常具有高硬度和高弹性的材料抗剥蚀能力较强。国外推荐低碳铬镍合金钢，如13Cr4N作为在汽蚀状态下工作的水力机械材料，具有较好的抗剥蚀性能。郑州机械研究所陈岩进行了不同材料抗汽蚀性能的比较(《热加工工艺》2000)，结果如下表材料HT200QT400-15QT600-3ZG230-450ZG310-570失重mg961.4737.1481.1241155试验时间h15材料ZG40CrZG20SiMnZG1Cr18Ni9TiZG0Cr13Ni4MoZG0Cr13Ni6Mo失重mg139.9122.271.540.225.2试验时间h1530长沙水泵厂的朱旭仁提供的资料，其材料与汽蚀失重见下表材料HT200QT600-3ZG310-57018-8失重148.376.53316.3对无法避免汽蚀时采用耐汽蚀材料是有效的。如：凌城泵站对7#和10#机组，叶轮室将原铸钢换为不锈钢，运行几年未发现其实破坏斑痕。武定门站将铸铁改为QT42-10，使用寿命提高2倍以上。解台泵站用铸铁与铜对比,铜叶轮抗汽蚀效果明显。7、叶轮保护层对叶轮涂层的方法比较常用，非金属涂料涂敷采用环氧树脂、尼龙粉、聚胺脂等。在流道表面堆焊合金或喷涂合金的方法在对汽蚀破坏也取得了一定效果，如不锈钢焊条堆焊法、不锈钢板镶焊修补法、合金粉末喷焊。就非金属和合金（包括不锈钢）的几种方法比较。非金属涂层方式经济，但应当对其操作工艺严格控制，以防止涂层脱落的现象。采用合金粉末喷焊效果好但成本高，且有些地方可能无法进行。如：某泵站采用金属合金粉末喷焊处理的叶片，取得了较好的抗汽蚀效果，使用寿命可延长。中国长城铝业公司郝百顺用H-l对泵叶轮进行了耐汽蚀磨损涂层的应用研究。引滦工程大张庄泵站原泵汽蚀严重，采用柔软陶瓷复合材料修复经过4年4000h的输水检查未发现汽蚀破坏。水利部松辽委察尔森水库管理局王明臣介绍了TS216耐磨修补剂在水轮机转轮抗气蚀中的应用效果良好。连云港币自来水公司马援东采用激光熔覆方法对铸铁和铸钢处理后，抗汽蚀性能分别是喷焊工艺处理的1.3和1.5倍。8、修整叶片头部修整叶轮头部对降低叶片进口的水流速度，减小叶轮进口排挤，提高泵的抗汽蚀能力是有效的。实践证明尽管进口叶片减薄，在汽蚀环境中常常叶轮寿命更长。一般修整叶轮头部是叶片头部背面修薄，在靠近叶轮前盖板多修一些。2001年长沙水泵厂对流量5040m3/h，扬程17.5m的泵进行修整（同时对喉部修整），经试验发现汽蚀余量下降0.5左右。

设补充水温为60℃稳态运行时水温为170℃170℃的(17.5m3-Vm3)水同60℃的V m3水相混合(忽略混合后总体积与17.5 m3的差异

):

ΔQ1=m1(TCP12-60CP11)

ΔQ2=m2(170CP21-TCP22)

m1=Vρ60 =983.2V

m2=ρ170(17.5-V)=897.3(17.5-V)

饱和蒸汽的绝对压力为0.7377MPa时见前面计算，T取168.13℃。

CP11=0.988；CP12=CP22=1.0445；CP21=1.046

令ΔQ1=ΔQ2，代入各参数数值:

983.2V(1.0445×168.13-60×0.998)=897.3（17.5-V)×(170×1.046-1.0445×168.13)

解出V=0.31m3

加入冷水时，P0降低，蒸汽流量会加大，不单纯是两种温度的水混合。可以放宽估计，当短时间内加60℃的补水达1m3时，可能

引起汽蚀。

(4)泵

出口流量增加多少时可引起汽蚀

当生产负荷突然加大，管网上管阻突然减少或管网上有大量泄漏，都会导致泵出口流量增大。

这些情况发生时，会使稳态运行中的除氧器液位突然降低，同时有冷水补入。冷水补入的影响，前边已讨论过，在此不考虑这一因素

，只按流量增大所引起的泵入水口处静压降低来推敲。

流量突然加大，泵进水管内流速加大，水的漏流程度提高，动压头和阻力损失都会加大，所增大的部分要由静压头转换。

在流量为150m3/h，原输入侧管路损失:

Σhf(1-2)=1.1m水柱高，据Σhf=ξu2/2

U=Q/S=150÷3600/π÷4×0.082≈8.29m/S

ξ=2Σhf/U2≈0.032

前面已知现有10m的安装高差，相当于9m水柱高，这9m水柱高扣除汽蚀余量及原有阻力损失计5m水柱高，剩4m水柱高。

令ΔU2/2+ξΔU2 /2=4

得ΔU ≈2.784m/s

又ΔQ=ΔUS=2.784×π/4×0.082=0.014m3/S=50.38m3/h

即流量突然增加大于等于50.38 m3/h 情况下，有产生汽蚀的可能。

可以用一句话来概括三项定量分析结论:半个汽压壹方水、五十流量可捣鬼。

2 预防和消除汽蚀的对策

据上述分析，汽蚀的原因就在于除氧器内汽压的突然降低、水温的突然降低或泵流量的突然增加。由此，提出以下对策:

(1)若汽源压力和供应能力皆富裕，应设置除氧压力自控装置，保证P0的稳定。

(2)若汽源压力和供应量不富裕，应在提压增量后再配压力自控装置，保证P0的稳定。

(3)减少硫化机、罐同时入线台数，即减小流量增长率。

(4)减少以致杜绝管线泄漏。

(5)提高补水水源水温。

(6)在保证最有效除氧换热效果前提下，除氧器液位控制点尽量设高。

(7)水泵的供水能力要大于生产最大负荷，以考虑局部泄漏问题。

(8)在水泵出口设置排汽阀门，当汽蚀发生时，开阀排放所生成的汽体。或可同时提高除氧器供汽压力。

(9)设置除氧器内汽压同水泵入口水压之间的差压测量显示仪表，以监视其变化。若该差压大于某一数值，则预警汽蚀的发生(此差压不是定值，水温愈高、流量愈大，差值愈小)。

(10)发生大量跑水时，增加供水泵台数，这样，每台泵的流量就会小些，泵入口处静压损失也会小些。