离心泵吸水性能及其影响

 一、离心泵吸水管中的压力变化过程

        水泵运行中，由于叶轮的高速旋转，在其入口处形成了真空，水自吸水管端流入叶轮的进口。吸水池水面大气压与叶轮进口处的绝对压力之差，转化成位置头、流速头，并克服各项水头损失。图1中绘出了水从吸水管经泵壳流入叶轮的绝对压力线；以吸水管轴线为相对压力的零线，则管轴线与压力线之间的高差表示了真空值的大小。绝对压力沿水流方向减少，到进入叶轮后，在叶片背面靠近吸水口K的点处压力达到最低值，Pk=Pmin。接着，水流在叶轮中受到由叶片传来的机械能，压力才迅速上升。

        二、离心泵中的气穴和气蚀

        水的饱和蒸汽压力就是在一定水温下，防止液体汽化的最小压力，其值与水温有关。水的这种汽化现象，将随泵壳内压力的继续下降以及水温的提高而加剧。当叶轮进口低压区的压力Pk≤Pva时，水就大量汽化；同时，原来溶解在水里的气体也自动逸出，形成的气泡中充满蒸汽和逸出的气体。气泡随水流带入叶轮中压力升高的区域时，气泡突然被四周水压压破，水流因惯性以高速冲向气泡中心，在气泡破裂区内产生强烈的局部水锤现象，其瞬间的局部压力可以达到几十兆帕，作用在叶轮叶片壁面上则产生局部凹坑而造成叶片的损伤。此时，可以听到气泡破裂时炸裂的噪声，这种现象称为气穴现象。

        离心泵中，一般气穴区域发生在叶片进口的壁面，金属表面承受着局部水锤作用，其频率可达20000～30000Hz。经过一段时间后，金属就产生疲劳，表面开始呈蜂窝状或海绵状；随之应力更加集中，叶片出现裂缝和剥落。与此同时，在水和蜂窝表面间歇接触之下，蜂窝的侧壁与底之间产生电位差，引起电化腐蚀，使裂缝加宽。最后，几条裂缝互相贯穿，达到完全蚀坏的程度。此外，气泡破裂时释放的凝结热（瞬间温度可达200～300℃）也助长了叶轮壁面腐蚀的加剧。水泵叶轮进口端产生的这种效应称为“气蚀”。

        气蚀是气穴现象侵蚀材料的结果，很多时候将其统称为气蚀现象。在气蚀开始时，表现在水泵外部的是轻微噪声、振动和水泵扬程、功率开始有些下降；气蚀严重时，气穴区就会突然扩大，这时会产生大量气泡，使水泵中过流减小以致流量降低，并使水流状态遭到破坏、能量损失增大，水泵的H、n、η就将到达临界值而急剧下降，最后停止出水。气蚀严重时，水泵的叶轮会遭到严重破坏与毁损，此时需要分析并排除引起气蚀的原因并更换叶轮。

        三、离心泵的最大安装高度

        泵房内的地坪标高取决于水泵的安装高度。水泵的安装高度Hss，是吸水池水面的测压管高度与泵轴的高差。由于泵通常是在一定流量下运行，其流速水头和管道水头损失都是定值，因此随着水泵安装高度Hss的增加，水泵吸入口的真空度也会增加。当吸入口真空度增加到某一最大值时，泵吸入口的压力接近液体的气化压力，就易在泵内引起气蚀效应。

        水泵铭牌或样本中，对于各种水泵都给定了一个允许吸上真空高度Hs，此Hs，即为水泵泵壳吸入口的测压孔处真空值Hv的最大极限值。在实际应用中，水泵的Hv超过样本规定的Hs值（即Hv>Hs）时，就意味着水泵将会遭受气蚀。

        由于制冷空调工程中应用水泵时均设置为自灌式系统，即其安装高度是负值，叶轮常安装在吸水面以下，因此对其最大安装高度的确定并未加以过多的要求。对此类泵较常采用的是用“气蚀余量”，来衡量它们的吸水性能。

        四、气蚀余量

        图2中QA的如为该泵正常工况下的出水量，则在运转中流量大于QA时，该泵避免产生气蚀的余裕能量越来越小了。应当指出的是，当流量增加时流速水头和管道水头损失都相应增加，导致必要气蚀余量（即NPSHr或[Δh]）急剧上升，如果忽视这一特点， 就可能导致气蚀的发生。因此设计中应充分估计到类似情况，以保证在实际运行中可能出现的大流量情况下不发生气蚀现象。由此可知：水泵样本中要求的气蚀余量越小，表示该水泵吸水性能越好。对使用者来讲，应在水泵装置的合理布置方面多加考虑以避免运行中发生气蚀现象。一般而言，水泵产生气蚀现象的原因有以下几种：

        1）泵的几何安装高度过大，使泵进口处的真空度过高。

        2）泵安装地点的大气压强过低，如安装在高海拔地区。

        3）泵所输送的液体的温度过高。

        综上所述，离心泵的吸水过程是建立在水泵吸入口能够形成必要真空值的基础上的。此真空值是个必须要严格控制的条件值，在实际使用中，水泵真空值太小就抽不上水，真空值太大又会产生气蚀现象。因此水泵装置正确的吸水条件是以运行中不产生气蚀现象为前提的。使用中应以水泵样本中给定的允许吸上真空高度Hs，或以样本中给定必要气蚀余量NPSHr作为限度值来考虑问题。