汽蝕涉及的范圍非常廣泛，在水力機(jī)械，造船和水利等方面都要對(duì)此問(wèn)題的機(jī)理和防止措施進(jìn)行研究。對(duì)于流體機(jī)械，特別是工作對(duì)象是液體的流體機(jī)械，汽蝕是流體機(jī)械向高速化方向發(fā)展的一大障礙。因此，我們需對(duì)汽蝕問(wèn)題持足夠的重視態(tài)度。


一、汽蝕現(xiàn)象及其對(duì)泵工作的影響
 
1、汽蝕現(xiàn)象水和汽可以互相轉(zhuǎn)化，這是液體所固有的物理特性，而溫度和壓力則是造成它們轉(zhuǎn)化的條件。人們知道，0.1MPa大氣壓力下的水，當(dāng)溫度上升到100℃時(shí)，就開(kāi)始汽化。但在高山上，由于氣壓較低，水不到100℃時(shí)就開(kāi)始汽化。如果使水的某一溫度保持不變，逐漸降低液面上的壓力，，當(dāng)該壓力降低到某數(shù)值時(shí)，水同樣也會(huì)發(fā)生汽化，把這個(gè)壓力稱為水在該溫度下的汽化壓力，用符號(hào)Pv表示。如當(dāng)水溫為20℃時(shí)，其相位的汽化壓力為2。4kPa。如果在流動(dòng)過(guò)程中，某一局部地區(qū)的壓力等于或低于與水溫相對(duì)應(yīng)的汽化壓力時(shí)水就在該處發(fā)生汽化。汽化發(fā)生后，就有大量的蒸汽及溶解在水中的氣體逸出，形成許多蒸汽與氣體混合的小汽泡。當(dāng)汽泡隨同水流從低壓區(qū)流向高壓區(qū)時(shí)，汽泡在高壓的作用下，迅速凝結(jié)而破裂，在汽泡破裂的瞬間，產(chǎn)生局部空穴，高壓水以極高的速度流向這些原汽泡占有的空間，形成一個(gè)沖擊力。由于汽泡中的氣體和蒸汽來(lái)不及在瞬間全部溶解和凝結(jié)，因此，在沖擊的作用下又分成小汽泡，再被高壓水壓縮，凝結(jié)，如此形成多次反復(fù)，在流道表面形成極微小的沖蝕。沖擊力形成的壓力可高達(dá)幾百甚至上千MPa，沖擊頻率可達(dá)每秒幾萬(wàn)次。流道材料表面在水擊壓力作用下，形成疲勞而遭到嚴(yán)重破壞，從開(kāi)始的點(diǎn)蝕到嚴(yán)重的蜂窩狀空洞，最后甚至把材料壁面蝕穿，通常把這種破壞現(xiàn)象稱為剝蝕。另外，由液體中逸出的氧氣等活性氣體，借助汽泡凝結(jié)時(shí)放出的熱量，也會(huì)對(duì)金屬起化學(xué)腐蝕作用。這種汽泡的形成發(fā)展和破裂以致材料受到破壞的全部過(guò)程，稱為汽蝕現(xiàn)象(cavitation)。汽蝕表面現(xiàn)象汽蝕后的葉輪汽蝕通常發(fā)生的部位。
 





2、汽蝕對(duì)泵工作的影響由以上分析可知，在流動(dòng)過(guò)程中，如果出現(xiàn)了局部的壓力降，
且該處壓力降低到等于或低于水溫對(duì)應(yīng)下的汽化壓力時(shí)，則水發(fā)生汽化。開(kāi)始發(fā)生汽化時(shí)，因?yàn)橹挥猩倭科荩~輪流道堵塞不嚴(yán)重，對(duì)泵的正常工作沒(méi)有明顯影響，泵的外部性能也沒(méi)有明顯變化。這種尚未影響到泵外部性能時(shí)的汽蝕稱為潛伏汽蝕(latent cavitation)。泵長(zhǎng)期在潛伏汽蝕工況下工作時(shí)，泵的材料仍要受到剝蝕，影響它的使用壽命。當(dāng)汽化發(fā)展到一定程度時(shí)，汽泡大量聚集，葉輪流道被汽泡嚴(yán)重堵塞，致使汽蝕進(jìn)一步發(fā)展，影響到泵的外部特性，導(dǎo)致泵難以維持正常運(yùn)行。綜上所述，汽蝕對(duì)泵產(chǎn)生了諸多有害的影響。(1)材料破壞汽蝕發(fā)生時(shí)，由于機(jī)械剝蝕與化學(xué)腐蝕的共同作用，致使材料受到破壞。(2)噪聲和振動(dòng)汽蝕發(fā)生時(shí)，不僅使材料受到破壞，而且還會(huì)出現(xiàn)噪聲和振動(dòng)。汽泡破裂和高速?zèng)_擊會(huì)引起嚴(yán)重的噪聲。但是，在工廠由于其他來(lái)源的噪聲已相當(dāng)高，一般情況下，往往感覺(jué)不到汽蝕所產(chǎn)生的噪聲。其次，汽蝕過(guò)程本身是一種反復(fù)凝結(jié)，沖擊的過(guò)程，伴隨很大的脈動(dòng)力。如果這些脈動(dòng)力的某一頻率與設(shè)備的自然頻率相等，就會(huì)引起強(qiáng)烈的振動(dòng)。(3)性能下降汽蝕發(fā)展嚴(yán)重時(shí)，大量汽泡的存在會(huì)堵塞流道的截面，減少流體從葉輪獲得的能量，導(dǎo)致?lián)P程下降，效率也相應(yīng)降低。這時(shí)，泵的外部性能有明顯的變化。這種變化，對(duì)于不同比轉(zhuǎn)數(shù)的泵情況不同。對(duì)于一具體的泵的管路系統(tǒng)，通過(guò)閥門調(diào)節(jié)流量，當(dāng)調(diào)整到某一工況，如果繼續(xù)開(kāi)大閥門，流量進(jìn)一步有所增加時(shí)，揚(yáng)程則急劇減小，這表明已經(jīng)達(dá)到致使水泵不能工作的嚴(yán)重程度。這一工況，稱為斷裂工況(shut off operation point)。
 
二、泵與風(fēng)機(jī)安裝高度的確定
 
1、吸上真空高度Hs(suction head)
由于汽蝕的原因，如果某泵幾何安裝高度不合適，會(huì)限制流量的增加，從而導(dǎo)致性能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此，正確的確定泵的機(jī)和安裝高度是保證泵在設(shè)計(jì)工況下工作時(shí)不發(fā)生汽蝕的重要條件。中小型臥式離心泵的幾何安裝高度如圖3-1所示。立式離心泵的幾何安裝高度是指級(jí)工作葉輪進(jìn)口邊的中心線至吸水池液面的垂直距離。對(duì)于大型泵則應(yīng)按葉輪入口邊點(diǎn)來(lái)決定幾何安裝高度。在泵樣本中，有一項(xiàng)性能指標(biāo)，叫作允許吸上真空高度，用符號(hào)表示，這項(xiàng)性能指標(biāo)和泵的幾何安裝高度有關(guān)。幾何安裝高度就是根據(jù)這一數(shù)值計(jì)算確定的，允許吸上真空高度和幾何安裝高度之間的關(guān)系可進(jìn)行討論。流體在旋轉(zhuǎn)葉輪中受離心力的作用被甩出葉輪，這時(shí)在葉輪入口處就形成了真空，于是水池中液體就在液面壓力作用下經(jīng)吸水管路進(jìn)入泵內(nèi)。式中Hg-幾何安裝高度，m;Pe-吸水池液面壓力，pa;Ps-泵吸入口壓力，pa;vs-泵吸入口平均速度，m/s;hw-吸入管路中的流動(dòng)損失，m;ρ-流體密度，kg/m3。上式中，若等于大氣壓，則前兩項(xiàng)之差稱為吸上真空高度。在發(fā)生斷裂工況時(shí)的，稱為吸上真空高度或臨界吸上真空高度。吸上真空高度是由試驗(yàn)確定的。
2、汽蝕余量△h
汽蝕余量△h是另一個(gè)表示泵汽蝕性能的參數(shù)，也可用NPSH表示(Net Positive Suction
Head)。汽蝕余量又分為有效汽蝕余量△ha，或[NPSH]a和必需汽蝕△hr或[NPSH]s。按照吸入裝置條件所確定的汽蝕余量稱為有效的汽蝕余量或稱裝置汽蝕余量，用△ha表示。由泵本身的汽蝕性能所確定的汽蝕余量稱為必需汽蝕余量或泵的汽蝕余量，用△hr表示。1，有效汽蝕余量△ha有效汽蝕余量△ha，是指泵在吸入口處，單位重量液體所具有的超過(guò)汽化壓力的富余能量。即液體所具有的避免泵發(fā)生汽化的能量。有效汽蝕余量△ha，由吸入系統(tǒng)的裝置條件確定，與泵本身無(wú)關(guān)。






 
三，提高泵抗汽蝕性能的措施
 
綜上所述，泵是否發(fā)生汽蝕，是由泵本身的汽蝕性能和吸入系統(tǒng)的裝置條件來(lái)確定的。因此，提高泵本身的抗汽蝕性能，盡可能減小必需汽蝕余量△hr，以及合理的確定吸入系統(tǒng)裝置，以提高有效汽蝕余量△ha，一般采用以下的措施。
1、提高泵本身的抗汽蝕性能
◎、降低葉輪入口部分流速改進(jìn)入口幾何尺寸，可以提高泵的抗汽蝕性能，一般采用兩
種方法:，適當(dāng)增大葉輪入口直徑D0;，增大葉片入口邊寬度b1。如圖3-6所(a)(b)示。也有同時(shí)采用這兩種方法的，但均有一定限度，否則將影響泵效率。
◎、采用雙吸式葉輪國(guó)產(chǎn)125MW和300MW機(jī)組的給水泵，首級(jí)葉輪都采用的雙吸式葉輪。(3)增加葉輪前蓋板轉(zhuǎn)彎處的曲率半徑這樣可以減小局部阻力損失。
◎、葉片進(jìn)口邊適當(dāng)加長(zhǎng)即向吸入方向延伸，并作成扭曲形。
◎、首級(jí)葉輪采用抗汽蝕性能好的材料如采用鎳鉻的不銹鋼，鋁青銅，磷青銅等。
2、提高吸入系統(tǒng)裝置的有效汽蝕余量△ha(
◎、減小吸入管路的流動(dòng)損失即可適當(dāng)加大吸入管直徑，盡量減少管路附件，如彎頭，
閥門等，并使吸入管長(zhǎng)最短。
◎、合理確定兩個(gè)高度即幾何安裝高度及倒灌高度。
◎、采用誘導(dǎo)輪誘導(dǎo)輪是與主葉輪同軸安裝的一個(gè)類似軸流式的葉輪，其葉片是螺旋形的，葉片安裝角小，一般取10o～12o，葉片數(shù)較少，僅2～3片，而且輪轂直徑較小，因此流道寬而長(zhǎng)。主葉輪前裝誘導(dǎo)輪，使液體通過(guò)誘導(dǎo)輪升壓后流入主葉輪(多級(jí)泵為首級(jí)葉輪)。因而提高了主葉輪的有效汽蝕余量，改善了泵的汽蝕性能。
3、采用雙重翼葉輪雙重翼葉輪由前置葉輪和后置離心葉輪組成，前置葉輪有2～3個(gè)葉
片，呈斜流形，與誘導(dǎo)輪相比。其主要優(yōu)點(diǎn)是軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且不存在誘導(dǎo)輪與主葉輪配合不好，而導(dǎo)致效率下降的問(wèn)題。所以，雙重翼離心泵不會(huì)降低泵的性能，卻使泵的抗汽蝕性能大為改善。
4、采用超汽蝕泵近年來(lái)，發(fā)展了一種超汽蝕泵，在主葉輪之前裝一個(gè)類似于軸流式的的超汽蝕葉輪，如圖3-9所示，其葉片采用了薄而尖的超汽蝕翼型，如圖3-10所示，使其誘發(fā)一種固定型的汽泡。覆蓋整個(gè)翼型葉片背面，并擴(kuò)展到后部，與原來(lái)葉片的翼型和空穴組成了新的翼型。其優(yōu)點(diǎn)是汽泡保護(hù)了葉片，避免汽蝕并在葉片后部潰滅，因而不損壞葉片。
5、設(shè)置前置泵隨著單機(jī)容量的提高，鍋爐給水泵的水溫和轉(zhuǎn)速也將隨之增加，則要求泵入口有更大的有效汽蝕余量。為此，除氧器的倒灌高度隨之增加。而除氧器裝置高度過(guò)高，不僅造成安裝上的許多困難，同時(shí)也不經(jīng)濟(jì)。所以目前國(guó)內(nèi)外對(duì)大容量的鍋爐給水泵，廣泛采用在給水泵前裝置低速前置泵，使給水經(jīng)前置泵升壓后再進(jìn)入給水泵，從而提高了泵的有效汽蝕余量，改善了給水泵的汽蝕性能;同時(shí)除氧器的安裝高度也大為降低。這是防止給水泵產(chǎn)生汽蝕，簡(jiǎn)單而又可靠的一種方法。http://www.chinaxns.com