離心泵氣蝕的主要原因分析2019-07-19

影響離心泵氣qi蝕shi的de因yin素su是shi設she計ji與yu使shi用yong離li心xin泵beng所suo必bi須xu考kao慮lv的de問wen題ti


，近jin年nian來lai國guo內nei外wai對dui其qi進jin行xing了le大da量liang的de研yan究jiu。但dan由you於yu研yan究jiu的de側ce重zhong點dian不bu同tong，且qie大da多duo都dou是shi針zhen對dui影ying響xiang離li心xin泵beng氣qi蝕shi的de某mou一yi參can數shu進jin行xing的de研yan究jiu，造zao成cheng研yan究jiu成cheng果guo較jiao為wei分fen散san
，且qie部bu分fen觀guan點dian之zhi間jian相xiang互hu矛mao盾dun。本ben文wen綜zong合he國guo內nei外wai大da量liang文wen獻xian，對dui離li心xin泵beng氣qi蝕shi影ying響xiang因yin素su的de相xiang關guan研yan究jiu結jie果guo進jin行xing比bi較jiao、分析，得出目前較為全麵的影響離心泵氣蝕的主要因素。

1.流體物理特性方麵的影響

　　流體物理特性對離心泵氣蝕的影響主要包括：所輸送流體的純淨度


、pH值和電解質濃度、溶解氣體量
、溫度、運動黏度
、汽化壓力及熱力學性質。

　　（1）純淨度（所含固體顆粒物濃度）的影響  流體中所含固體雜質越多，將導致氣蝕核子的數量增多。從而加速氣蝕的發生與發展。

　　（2）pH值和電解質濃度的影響  輸送極性介質的離心泵（如一般的水泵）與輸送非極性介質的離心泵（輸送苯
、烷烴等有機物的泵）
，其氣蝕機理是不同的。輸送極性介質的離心泵的氣蝕損傷可能包括機械作用、化學腐蝕（與流體PH值有關）
、電化學腐蝕（與流體電解質濃度有關）；而輸送非極性介質的離心泵的氣蝕損傷可能隻有機械作用。

　　（3）氣體溶解度的影響  國外研究表明流體內溶解的氣體含量對氣蝕核子的產生與發展起到促進作用。

　　（4）氣化壓力的影響  研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)隨(sui)著(zhe)氣(qi)化(hua)壓(ya)力(li)的(de)增(zeng)高(gao)
，氣(qi)蝕(shi)損(sun)傷(shang)先(xian)升(sheng)高(gao)後(hou)降(jiang)低(di)。因(yin)為(wei)隨(sui)著(zhe)氣(qi)化(hua)壓(ya)力(li)的(de)升(sheng)高(gao)

，流(liu)體(ti)內(nei)形(xing)成(cheng)的(de)不(bu)穩(wen)定(ding)氣(qi)泡(pao)核(he)的(de)數(shu)量(liang)也(ye)不(bu)斷(duan)升(sheng)高(gao)，從(cong)而(er)引(yin)起(qi)氣(qi)泡(pao)破(po)裂(lie)數(shu)量(liang)的(de)增(zeng)多(duo)，衝(chong)擊(ji)波(bo)強(qiang)度(du)增(zeng)大(da)，氣(qi)蝕(shi)率(lv)上(shang)升(sheng)。但(dan)如(ru)果(guo)氣(qi)化(hua)壓(ya)力(li)繼(ji)續(xu)增(zeng)大(da)，使(shi)氣(qi)泡(pao)數(shu)增(zeng)加(jia)到(dao)一(yi)定(ding)限(xian)度(du)，氣(qi)泡(pao)群(qun)形(xing)成(cheng)一(yi)種(zhong)“層間隔”的作用，阻止了衝擊波行進，削弱其強度，氣蝕的破壞程度反而會逐漸降低。

　　（5）溫度的影響  在流體中溫度的改變將導致氣化壓力
、氣體溶解度
、表麵張力等其他影響氣蝕的物理性質出現較大改變。由此可見，溫度對氣蝕的影響機製較為複雜，需結合實際情況進行判斷。

　　（6）表麵張力的影響  當(dang)其(qi)他(ta)因(yin)素(su)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)
，降(jiang)低(di)流(liu)體(ti)表(biao)麵(mian)張(zhang)力(li)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)氣(qi)蝕(shi)損(sun)傷(shang)。因(yin)為(wei)隨(sui)著(zhe)流(liu)體(ti)表(biao)麵(mian)張(zhang)力(li)的(de)減(jian)小(xiao)
，氣(qi)泡(pao)潰(kui)滅(mie)所(suo)產(chan)生(sheng)衝(chong)擊(ji)波(bo)的(de)強(qiang)度(du)減(jian)弱(ruo)

，氣(qi)蝕(shi)速(su)率(lv)降(jiang)低(di)。

　　（7）液體黏度的影響  流(liu)體(ti)黏(nian)度(du)越(yue)大(da)
，流(liu)速(su)越(yue)低(di)
，達(da)到(dao)高(gao)壓(ya)區(qu)的(de)氣(qi)泡(pao)數(shu)越(yue)少(shao)，氣(qi)泡(pao)破(po)滅(mie)所(suo)產(chan)生(sheng)衝(chong)擊(ji)波(bo)的(de)強(qiang)度(du)就(jiu)減(jian)小(xiao)。同(tong)時(shi)，流(liu)體(ti)黏(nian)度(du)越(yue)大(da)
，對(dui)衝(chong)擊(ji)波(bo)削(xue)弱(ruo)也(ye)越(yue)大(da)。因(yin)此(ci)，流(liu)體(ti)的(de)黏(nian)度(du)越(yue)低(di)，氣(qi)蝕(shi)損(sun)傷(shang)越(yue)嚴(yan)重(zhong)。

　　（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.過流部件材質特性方麵的影響

　　由you於yu泵beng的de氣qi蝕shi損sun傷shang主zhu要yao體ti現xian為wei對dui過guo流liu部bu件jian材cai質zhi的de損sun壞huai。因yin此ci，過guo流liu部bu件jian的de材cai料liao性xing能neng也ye將jiang在zai一yi定ding程cheng度du上shang對dui離li心xin泵beng的de氣qi蝕shi產chan生sheng影ying響xiang，采cai用yong抗kang氣qi蝕shi性xing能neng良liang好hao的de材cai料liao製zhi造zao過guo流liu部bu件jian是shi減jian少shao離li心xin泵beng氣qi蝕shi影ying響xiang的de有you效xiao措cuo施shi。

　　（1）材料的硬度  以AISI304caizhideyelunweili，qishihuizaochengyeluncailiaodejiagongyinghuahexiangbianyoufamashitigang，zhezhongbianhuajiangfanguolaizuzhicailiaodejinyibuqishi。erjiagongyinghuahexiangbianyoufamashitigangdekangqishixingzhuyaoyilaiyuyeluncaizhideyingdu。

　　（2）加工硬化與抗疲勞性能  材料加工硬化指數越高，抗疲勞性能越好，則材料抗氣蝕性能越好。

　　（3）晶體結構的影響  在zai其qi他ta條tiao件jian確que定ding的de情qing況kuang下xia，抗kang氣qi蝕shi率lv是shi顯xian微wei結jie構gou的de函han數shu。在zai立li方fang晶jing係xi中zhong
，由you於yu體ti心xin立li方fang晶jing格ge的de金jin屬shu具ju有you較jiao高gao的de應ying變bian速su率lv敏min感gan性xing
，當dang應ying變bian速su率lv上shang升sheng時shi，會hui引yin起qi快kuai速su的de穿chuan晶jing脆cui性xing斷duan裂lie和he解jie理li斷duan裂lie，並bing導dao致zhi點dian蝕shi形xing成cheng，從cong而er產chan生sheng較jiao大da的de磨mo蝕shi率lv。對dui於yu密mi排pai六liu方fang晶jing格ge的de金jin屬shu，當dang接jie近jin於yu理li想xiang的de軸zhou比bi且qie處chu於yu氣qi蝕shi環huan境jing時shi，六liu個ge滑hua移yi係xi全quan部bu開kai動dong
，迅xun速su轉zhuan變bian成cheng穩wen定ding態taiFCC，吸xi收shou氣qi蝕shi應ying力li所suo做zuo的de功gong，使shi磨mo蝕shi率lv下xia降jiang。對dui於yu麵mian心xin立li方fang晶jing格ge的de金jin屬shu，滑hua移yi係xi較jiao多duo，在zai高gao應ying力li作zuo用yong下xia，將jiang發fa生sheng塑su性xing流liu變bian。因yin此ci
，孕yun育yu期qi長chang，磨mo蝕shi率lv降jiang低di。總zong之zhi，在zai氣qi蝕shi過guo程cheng中zhong，發fa生sheng由youBCC向HCP或FCC向HCP轉變，都將提高抗氣蝕性。

　　（4） 晶粒大小的影響  葉ye輪lun所suo使shi用yong金jin屬shu材cai料liao的de晶jing粒li尺chi寸cun越yue小xiao，抗kang氣qi蝕shi性xing能neng越yue好hao。因yin為wei金jin屬shu的de晶jing粒li尺chi寸cun越yue小xiao
，細xi晶jing使shi晶jing界jie增zeng多duo
，位wei錯cuo滑hua移yi受shou阻zu，裂lie紋wen在zai擴kuo展zhan中zhong受shou阻zu力li增zeng大da，延yan長chang了le磨mo蝕shi壽shou命ming。

3.離心泵結構設計方麵的影響

　　在離心泵jiegoushejifangmianduibengqishitexingqizhuyaoyingxiangdekeyifenweibengtishejiheyelunshejilianggefangmian。yanjiubiaomingyingxianglixinbengqishixingnengdezhijieyinsushiyelunjinkoudejubuliudongjunyunxing，yinciyelunjiegoushejibibengtideshejiduilixinbengqishideyingxiangda
，shizhuyaoyingxiangyinsu。

　　（1）葉輪結構對離心泵氣蝕性能的影響

　　離心泵葉輪結構對泵的氣蝕性能有著重要的影響，合理的葉輪結構可以改善泵的氣蝕性能。

　　1）葉ye片pian進jin口kou厚hou度du。葉ye片pian的de排pai擠ji作zuo用yong使shi得de進jin口kou處chu流liu體ti速su度du增zeng加jia而er產chan生sheng壓ya力li損sun失shi。選xuan擇ze較jiao小xiao的de葉ye片pian進jin口kou厚hou度du
，可ke以yi減jian少shao葉ye片pian對dui液ye流liu的de衝chong擊ji
，增zeng大da葉ye片pian進jin口kou處chu的de過guo流liu麵mian積ji，減jian少shao葉ye片pian的de排pai擠ji
，從cong而er降jiang低di葉ye片pian進jin口kou的de絕jue對dui速su度du和he相xiang對dui速su度du
，提ti高gao泵beng的de抗kang氣qi蝕shi性xing能neng。

　　2）葉輪進口流道表麵粗糙度。離心泵的葉輪進口流道的表麵粗糙度可以分為二類：一類是孤立粗糙突體（如明顯的突出流道表麵的夾渣或明顯的機加工與非加工過渡棱等）
，另(ling)一(yi)類(lei)是(shi)沿(yan)整(zheng)個(ge)表(biao)麵(mian)某(mou)一(yi)部(bu)份(fen)均(jun)勻(yun)分(fen)布(bu)的(de)粗(cu)糙(cao)突(tu)體(ti)。研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)孤(gu)立(li)粗(cu)糙(cao)突(tu)體(ti)會(hui)在(zai)液(ye)流(liu)中(zhong)引(yin)起(qi)額(e)外(wai)的(de)衝(chong)擊(ji)和(he)漩(xuan)渦(wo)，因(yin)此(ci)沿(yan)整(zheng)個(ge)表(biao)麵(mian)均(jun)勻(yun)分(fen)布(bu)的(de)粗(cu)糙(cao)突(tu)體(ti)與(yu)同(tong)樣(yang)高(gao)度(du)的(de)孤(gu)立(li)粗(cu)糙(cao)突(tu)體(ti)比(bi)較(jiao)，其(qi)氣(qi)蝕(shi)發(fa)生(sheng)的(de)危(wei)險(xian)性(xing)要(yao)小(xiao)得(de)多(duo)。由(you)此(ci)可(ke)見(jian)，對(dui)粗(cu)糙(cao)流(liu)道(dao)的(de)表(biao)麵(mian)，尤(you)其(qi)是(shi)存(cun)在(zai)孤(gu)立(li)粗(cu)糙(cao)突(tu)體(ti)的(de)表(biao)麵(mian)，進(jin)行(xing)必(bi)要(yao)的(de)打(da)磨(mo)是(shi)提(ti)高(gao)離(li)心(xin)泵(beng)抗(kang)氣(qi)蝕(shi)性(xing)能(neng)的(de)有(you)效(xiao)措(cuo)施(shi)。

　　3）yepianjinkouhoubumianji。yepianjinkoudehoubumianjiduilixinbengqishixingnengdeyingxiangfeichangzhida。ruguoyepianrukouhoubumianjijiaoxiao
，jishiyepianjinkouchuguoliumianjiyuyelunjinkouduanmianmianjizhibishejidejiaoweiheli
，danrengjiuhenkenengwufadadaolixiangdeqishixingneng。yelunyepianjinkouhoubumianjiguoxiao，jiangdaozhiyepianjinkouyeliudejueduisuduzengda
，congerzaochenglixinbengkangqishixingnengxiajiang。

　　4）葉片數。離心泵葉輪內葉片的數量對於泵的揚程、效率、氣蝕性能都有較大影響。固然，采用較少的葉輪葉片數量能減少的摩擦麵，製造簡單
，但是它對流體的導向作用卻變差了；而er采cai用yong較jiao多duo的de葉ye片pian數shu可ke以yi減jian少shao葉ye片pian負fu荷he，改gai善shan初chu生sheng氣qi蝕shi特te性xing，但dan是shi葉ye片pian數shu過guo多duo會hui造zao成cheng排pai擠ji程cheng度du的de增zeng加jia，並bing使shi相xiang鄰lin葉ye片pian之zhi間jian的de寬kuan度du減jian小xiao，從cong而er容rong易yi形xing成cheng汽qi泡pao群qun堵du塞sai流liu道dao，致zhi使shi機ji泵beng氣qi蝕shi性xing能neng變bian差cha。因yin此ci
，在zai選xuan擇ze葉ye輪lun葉ye片pian數shu時shi，一yi方fang麵mian要yao盡jin量liang減jian少shao葉ye片pian的de排pai擠ji與yu摩mo擦ca麵mian，另ling一yi方fang麵mian又you要yao使shi葉ye道dao有you足zu夠gou的de長chang度du，以yi保bao證zheng液ye流liu的de穩wen定ding性xing和he葉ye片pian對dui液ye體ti的de充chong分fen作zuo用yong。目mu前qian
，對dui於yu葉ye片pian數shu的de取qu值zhi並bing沒mei有you一yi個ge確que定ding的de、公認的規則。但大量的研究表明，針對具體的離心泵設計
，應用CFD流場數值模擬的方法可以有效的確定葉輪葉片數的最佳範圍。

　　（2）葉輪吸入口參數對離心泵氣蝕性能的影響

　　葉輪吸入口參數即決定葉輪葉片進口麵積的相關結構參數，其包括：葉片進口衝角

、葉輪進口直徑、葉片進口流道寬度以及輪轂直徑。

　　1）葉片進口衝角Δβ一般取正衝角（3°~10°）。由於采用正衝角，增大了葉片進口角，從而能夠有效減小葉片的彎曲，增大葉片進口過流麵積
，減小葉片的排擠。這些因素都將減小v0和ω0，提高泵的抗氣蝕性能。並且離心泵的流量增加時，進口相對液流角增大
，采用正衝角可以避免泵在大流量下運轉時出現負衝角
，造成λ2急劇上升（如下圖所示）。大(da)量(liang)研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)增(zeng)大(da)葉(ye)片(pian)進(jin)口(kou)角(jiao)，保(bao)持(chi)正(zheng)衝(chong)角(jiao)，能(neng)提(ti)高(gao)泵(beng)的(de)抗(kang)氣(qi)蝕(shi)性(xing)能(neng)，而(er)且(qie)對(dui)效(xiao)率(lv)影(ying)響(xiang)不(bu)大(da)。但(dan)衝(chong)角(jiao)的(de)選(xuan)擇(ze)對(dui)離(li)心(xin)泵(beng)的(de)抗(kang)氣(qi)蝕(shi)性(xing)能(neng)則(ze)存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)最(zui)優(you)值(zhi)

，並(bing)不(bu)是(shi)衝(chong)角(jiao)越(yue)大(da)越(yue)好(hao)，應(ying)結(jie)合(he)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)、選擇。

　　2）葉(ye)輪(lun)進(jin)口(kou)直(zhi)徑(jing)。在(zai)流(liu)量(liang)恒(heng)定(ding)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，葉(ye)輪(lun)進(jin)口(kou)處(chu)液(ye)流(liu)的(de)絕(jue)對(dui)速(su)度(du)和(he)相(xiang)對(dui)速(su)度(du)都(dou)是(shi)吸(xi)入(ru)管(guan)徑(jing)的(de)函(han)數(shu)。因(yin)此(ci)，對(dui)於(yu)提(ti)高(gao)離(li)心(xin)泵(beng)的(de)抗(kang)氣(qi)蝕(shi)特(te)性(xing)，葉(ye)輪(lun)進(jin)口(kou)直(zhi)徑(jing)存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)最(zui)佳(jia)值(zhi)。當(dang)葉(ye)輪(lun)進(jin)口(kou)直(zhi)徑(jing)小(xiao)於(yu)此(ci)最(zui)佳(jia)值(zhi)時(shi)，隨(sui)著(zhe)葉(ye)輪(lun)直(zhi)徑(jing)的(de)增(zeng)大(da)，進(jin)口(kou)處(chu)的(de)流(liu)速(su)減(jian)小(xiao)
，離(li)心(xin)泵(beng)氣(qi)蝕(shi)性(xing)能(neng)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)。但(dan)當(dang)葉(ye)輪(lun)直(zhi)徑(jing)的(de)取(qu)值(zhi)超(chao)過(guo)最(zui)佳(jia)值(zhi)之(zhi)後(hou)

，對(dui)於(yu)給(gei)定(ding)流(liu)量(liang)來(lai)說(shuo)，隨(sui)著(zhe)進(jin)口(kou)直(zhi)徑(jing)的(de)增(zeng)大(da)，在(zai)葉(ye)輪(lun)進(jin)口(kou)部(bu)分(fen)將(jiang)形(xing)成(cheng)停(ting)滯(zhi)區(qu)和(he)反(fan)向(xiang)流(liu)

，使(shi)離心泵氣蝕性能逐漸惡化。

　　3）yepianjinkouliudaokuandu。zailixinbengdegongkuangbubiandeqingkuangxia，zengdayepianjinkouchuliudaodekuanduhuishiyeliujueduisududezhoumianfensudujianxiao
，congergaishanlixinbengdeqishitexing，bingqieduilixinbengdeshuilixiaolvherongjixiaolvyingxiangjiaoxiao。

　　4）輪轂直徑。減小葉輪的輪轂直徑會增大葉輪流道的實際進口麵積，從而使離心泵的氣蝕性能得到改善。

　　5）yelunqiangaibandequlvbanjing。liutizailiujinglixinbengxirukouzhiyelunjinkouchushi，youyuliudaoshousuo，liutiliusuzengjia，congerchanshengyidingdeyalisunshi。tongshi，youyuzaiciguochengzhongliutiliudongdefangxiangyouzhouxiangbianweijingxiang，yinzhuanwanchuliuchangbujunyunyehuichanshengyibufenyalisunshi。kejianyelunqiangaibanqulvbanjingdedaxiaozhijieyingxiangzheyalisunshidedaxiao，jineryingxiangzhelixinbengdeqishitexing。caiyongjiaodadequlvbanjingkejianruoqiangaichuyeliuzhuanwanchuliusudebianhua，shiliusujunyunpingwen，gaishanlixinbengqishixingneng。

4.其他方麵的影響：

　　1.參數的相互影響

　　到目前為止，對離心泵氣(qi)蝕(shi)影(ying)響(xiang)因(yin)素(su)的(de)研(yan)究(jiu)都(dou)隻(zhi)是(shi)針(zhen)對(dui)某(mou)個(ge)參(can)數(shu)進(jin)行(xing)的(de)，對(dui)各(ge)個(ge)參(can)數(shu)間(jian)的(de)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)則(ze)很(hen)少(shao)研(yan)究(jiu)。但(dan)結(jie)構(gou)參(can)數(shu)的(de)影(ying)響(xiang)是(shi)一(yi)個(ge)統(tong)一(yi)的(de)整(zheng)體(ti)，它(ta)們(men)是(shi)互(hu)相(xiang)製(zhi)約(yue)、互相影響的，今後的研究應該向綜合影響因素方向發展。

　　2.離心泵的運行工況

　　離心泵在實際使用過程中
，由於操作條件極為複雜，泵入口流量
、壓力隨之不斷改變。因此，離心泵的實際工況往往與實驗
、設計的工況存在較大的偏差。其發生氣蝕的可能遠遠超出實驗的預計。

小結

　　由於氣蝕的機理非常複雜
，影響離心泵氣蝕的因素較多，且各種因素並不是孤立作用的，不同的影響因素之間存在相互作用
、相互影響。因此在研究離心泵的氣蝕性能時，應結合實際情況對影響泵氣蝕的機理與因素進行通盤的考慮。近年來，隨著CFD 技術的發展
，通過對離心泵內流場的數值模擬，為研究多種因素共同影響下的離心泵氣蝕性能提供了新的手段。但目前
，大多數離心泵氣蝕CFD數值模擬仍局限於研究單一因素對泵氣蝕性能的影響，接下來的研究應更多關注不同因素間相互作用對離心泵抗氣蝕性能的影響。