离心泵气蚀的出现原因分析

在离心泵的设计和使用中，必须考虑影响离心泵汽蚀的因素。近年来，国内外进行了大量的研究。但是，由于研究的侧重点不同，而且大多是针对影响离心泵汽蚀的某一参数，研究成果比较零散，有些观点相互矛盾。

1、流体物理特性的影响

流体物理特性对离心泵汽蚀的影响主要包括被输送流体的纯度、pH值和电解质浓度、溶解气体量、温度、运动粘度、汽化压力和热力学性质。

纯度1中包含的固体颗粒浓度的影响。流体中包含的固体杂质越多，空化核就越多。从而加速气蚀的发生和发展。

 pH值和电解液浓度的影响输送极性介质的离心泵，如一般水泵和输送非极性介质的管道离心泵，其汽蚀机理与输送苯、烷烃等有机物的泵不同。输送极性介质的离心泵的汽蚀破坏可能包括机械作用、与流体PH值有关的化学腐蚀和与流体电解质浓度有关的电化学腐蚀。然而，输送非极性介质的离心泵的汽蚀破坏可能只是由机械作用引起的。

3气体溶解度的影响国外研究表明，流体中溶解的气体含量促进了空化核的产生和发展。

对气化压力影响的研究表明，随着气化压力的增加，空蚀破坏先增大后减小。随着气化压力的升高高，流体中形成的不稳定气泡核的数量也在增加，从而导致气泡破裂、冲击波强度和空化率的增加。但如果气化压力继续增加，气泡数量增加到一定限度，气泡群形成层间距，阻止冲击波传播，减弱其强度，空化破坏程度逐渐降低。

5温度的影响流体中温度的变化会导致影响空化的其他物理性质发生很大变化，如气化压力、气体溶解度、表面张力等。可见，温度对汽蚀的影响机理是复杂的，需要根据实际情况来判断。

6表面张力的影响在其他因素不变的情况下，降低流体的表面张力可以减少气蚀破坏。随着流体表面张力的降低，气泡溃灭产生的冲击波强度降低，空化率降低。

7液体粘度的影响流体的粘度越高，流体的速度越低，到达高压区的气泡数量越少，气泡破裂产生的冲击波强度也会降低。同时，流体的粘度越大，冲击波的减弱越大。因此，流体的粘度越低，气蚀破坏越严重。

8液体的可压缩性和密度的影响随着流体密度的增加，可压缩性降低，气蚀损失增加。

2。过流部件材料特性的影响

泵的汽蚀损坏主要体现在过流部件的材料损坏上。因此，过流部件的材料性能也会在一定程度上影响离心泵的汽蚀现象，

采用抗汽蚀性能好的材料制造过流部件是降低离心泵汽蚀影响的有效措施。

1材料硬度以AISI304叶轮为例。气蚀将导致叶轮材料加工硬化，相变将诱发马氏体钢，这将反过来防止材料的进一步气蚀。然而，由加工硬化和相变诱发的马氏体钢的抗汽蚀性能主要取决于叶轮材料的硬度。

2加工硬化和抗疲劳性加工硬化指数越高，材料的抗疲劳性越好，材料的抗气蚀性就越好。

3晶体结构的影响在其他条件确定的情况下，抗气蚀性是微观结构的函数。在立方晶系中，由于体心立方晶格的金属具有较高的应变速率敏感性，当应变速率上升时，会导致快速穿晶脆性断裂和解理断裂，并导致点蚀，从而产生较大的磨损率。对于密六方晶格的金属，当轴比接近理想且处于空蚀环境时，六个滑移系全部启动，迅速转化为稳定的FCC，吸收空蚀应力所做的功，降低磨损率。对于面心立方晶格的金属，存在许多滑移系，在高应力作用下会发生塑性流变。因此，潜伏期长，磨损率降低。总之，在汽蚀过程中，从BCC到HCP或FCC到HCP的转变会提高抗汽蚀能力。

4晶粒度的影响叶轮所用金属材料的晶粒度越小，抗汽蚀性能越好。因为金属的水晶

晶粒越小，细晶粒造成的晶界越多，位错滑移受阻，裂纹扩展阻力增大，从而延长磨损寿命。

3。离心泵结构设计的影响在离心泵结构设计方面，影响泵汽蚀特性的主要可以分为泵体设计和叶轮设计两个方面。研究表明，影响离心泵汽蚀性能的直接因素是叶轮入口处的局部流动均匀性，因此叶轮结构设计比泵体设计对离心泵汽蚀的影响更大，是主要影响因素。

叶轮结构对多级离心泵汽蚀性能的影响

离心泵的叶轮结构对泵的汽蚀性能有重要影响，合理的叶轮结构可以改善泵的汽蚀性能。

1叶片进口厚度。叶片的挤压作用增加了入口处的流体速度，导致压力损失。选择较小的叶片进口厚度可以减小叶片对液体流动的冲击，增加叶片进口处的过流面积，减少叶片的挤出，从而降低叶片进口的绝对速度和相对速度，提高泵的抗汽蚀能力。

2叶轮进口流道的表面粗糙度。离心泵叶轮进口通道的表面粗糙度可分为两类:一类是通道表面突出的明显夹渣等孤立的粗糙突起或明显的机加工和非机加工过渡边缘；另一类是沿整个表面某一部分均匀分布的粗糙突起。结果表明，孤立粗糙突起会引起液体流动中的附加冲击和涡流，因此与相同高度的孤立粗糙突起相比，沿整个表面均匀分布的粗糙突起存在空化现象。

发生的风险小很多。因此，对粗糙转轮表面，特别是带有孤立粗糙突起的表面进行抛光是提高离心泵抗汽蚀能力的有效措施。

3叶片入口喉部面积。叶片喉部面积对离心泵的汽蚀性能有很大影响。如果叶片进口的喉部面积较小，即使合理设计了叶片进口的过流面积与叶轮进口的截面积之比，仍可能达不到理想的汽蚀性能。如果叶轮进口喉部面积过小，叶轮进口处液体流动的绝对速度会增大，从而导致离心泵的汽蚀阻力降低。

4叶片数。离心泵的叶片数对泵的扬程、效率和汽蚀性能有很大影响。诚然，使用较少的叶轮叶片可以减少摩擦面，制造简单，但其对流体的导向效果变差；而使用较多的叶片可以降低叶片载荷，改善一次汽蚀特性，但过多的叶片会增加拥挤程度，减小相邻叶片间的宽度，从而容易形成气泡群堵塞流道，导致泵的汽蚀性能较差。因此，在选择叶轮叶片数量时，一方面要尽量减少叶片的拥挤和摩擦面，另一方面要使叶片通道有足够的长度，以保证液体流动的稳定性和叶片对液体的充分作用。目前，对于叶片的数量没有明确的和公认的规则。然而，大量研究表明，CFD流场数值模拟应用于具体的离心泵设计。

该方法能有效确定叶轮叶片数的最佳范围。

叶轮进口参数对离心泵汽蚀性能的影响

叶轮进口参数是决定叶轮叶片进口面积的相关结构参数，包括叶片进口角、叶轮进口直径、叶片进口流道宽度和轮毂直径。

1叶片进口攻角δ β一般取3° ~ 10°的正攻角。由于采用了正角度，增加了叶片进口角，可以有效减少叶片弯曲，增加叶片进口流通面积，减少叶片拥挤。所有这些因素都会降低v0和ω0，提高泵的抗汽蚀能力。此外，当离心泵的流量增加时，入口处的相对流动角增加。使用正攻角可以避免泵在大流量下运行时出现负攻角，导致λ2急剧上升，如下图所示。大量研究表明，增大叶片进口角，保持正攻角，可以提高泵的抗汽蚀能力，对效率影响不大。但是，对于离心泵的抗汽蚀性能来说，攻角的选择存在一个最优值，并不是攻角越大越好。要根据实际情况分析选择。

2叶轮入口直径。当流量一定时，叶轮入口处液体流动的绝对速度和相对速度都是吸入管径的函数。因此，为了提高离心泵的抗汽蚀能力，叶轮进口直径存在一个最佳值。当叶轮入口直径小于这个最佳值时，随着叶轮直径的增大，入口速度降低，离心泵的汽蚀性能不断提高。但是当叶轮直径超过最佳值时对于给定的流量，随着入口直径的增大，叶轮入口处会形成滞止区和回流，逐渐恶化离心泵的汽蚀性能。

3叶片进口通道的宽度。在离心泵工况不变的情况下，增加叶片入口处的流道宽度会降低液流绝对速度的轴向分速度，从而改善离心泵的汽蚀特性，对离心泵的水力效率和容积效率影响不大。

4轮毂直径。减小叶轮轮毂直径会增加叶轮转轮的实际进口面积，从而改善离心泵的汽蚀性能。

5叶轮前盖板的曲率半径。当流体通过离心泵的吸入口流向叶轮入口时，由于流道的收缩，流体的流量增大，产生一定的压力损失。同时，由于在这个过程中流体流动的方向由轴向变为径向，弯管处的不均匀流场也会造成一定的压力损失。可以看出，叶轮前盖板的曲率半径直接影响压力损失，进而影响离心泵的汽蚀特性。采用较大的曲率半径可以减弱前盖弯曲处的流速变化，使流速均匀稳定，提高离心泵的汽蚀性能。