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泵業新聞
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泵的氣蝕現象概述
來源:  現代水泵     日期  2010/10/10

泵汽蝕現象概述

    一、  概述

    1893年,人們確認英國一臺驅逐艦螺旋漿的破壞是汽蝕的結果,這就是汽蝕現象的首次發現。之后,對螺旋槳、水輪機和水泵等水力機械的汽蝕問題進行了大量研究。隨著機器向高速的方向發展,汽蝕一直是水力機械中至關重要的問題。

    (一)汽蝕的發生過程

    液體汽化時的壓力為液體的汽化壓力(飽和蒸汽壓力)。液體汽化壓力的大小和溫度有關。溫度越高,由于分子運動更為劇烈,其汽化壓力越大。20℃常溫清水的汽化壓力為233 8Pa(O.0238kgf/cm2),而l00℃水的汽化壓力l0l296Pa(1 033kgf/cm2)(一個大氣壓力)。所以,常溫(20℃)清水當壓力降為233 8Pa時,就開始汽化。可見,在一定溫度下壓力是促成液體汽化的外界因素。

    液體在一定溫度下,降低壓力至該溫度下的汽化壓力時,液體便產生氣泡。把這種產生氣泡的現象稱為汽蝕。但是,氣泡內的氣體,實際上不完全是蒸汽,還包含著以溶解或核的形式存在的氣體(主要是空氣)。液體中溶解的氣體由于擴散而進入氣泡中,將助長氣泡的成長。

    汽蝕時產生的氣泡,流動到高壓處時,其體積減小以至破滅。這種由于壓力上升氣泡消失在液體中的現象稱為汽蝕的潰滅。

    (二)汽蝕發生的階段和種類

    汽蝕的發生可以分為以下幾個階段:

    l初生階段用肉眼或其它手段檢測出汽蝕的發生;

    2發達階段初生階段進一步發展,成為激烈發生的階段;

    3終結階段  由于壓力上升氣泡消失的階段。

    汽蝕分為以下四種類型:

    l游離或移動汽蝕;

    2固定或附著汽蝕;

    3旋渦汽蝕;

    4振動汽蝕。

    游離汽蝕是在流動的液體中產生氣泡,同時在液體中成長,到高壓處而漬滅。固定汽蝕是在置于流動中的物體表面或流道邊壁上形成空穴,并附著于壁面之上。旋渦汽蝕是在旋渦中低壓部分發生空穴。在螺旋槳翼端發生的汽蝕就屬于這種汽蝕。 振動汽蝕是在大振幅、高頻壓力脈動液體中發生的汽蝕。進行材料汽蝕破壞實驗常常利用這種汽蝕,通常在水力機械中并不多見。在水力機械中往往同時發生移動汽蝕和固定汽蝕。

  (三)汽蝕系數

  現考慮如圖4一l所示的流動中的物體。設不受物體影響的遠方來流的壓力為p0速

   

二、泵內發生汽蝕的現象

    (一)泵內汽蝕的過程

    泵在運轉中,若其過流部分的局部區域(通常是葉輪葉片進口稍后的菜處),因為某種原因,抽送液體的絕對壓力下降到當時溫度下的汽化壓力時,液體便在該處開始汽化,產生蒸汽、形成氣泡。這些氣泡隨液體向前流動,至某高壓處時,氣泡周圍的高壓液體,致使氣泡急驟地縮小以至破裂(凝結)。在氣泡凝結的同時,液體質點將以高速填充空穴,發生互相撞擊而形成水擊。這種現象發生在固體壁上將使過流部件受到腐蝕破壞。上述產生氣泡和氣泡破裂使過流部件遭到破壞的過程就是泵中的汽蝕過程。

    (二)泵產生汽蝕時的現象

    1產生噪聲和振動

    由于泵汽蝕時,氣泡在高壓區連續發生突然破裂,以及伴隨的強烈水擊,而產生噪聲和振動’可以聽到像爆豆似的劈劈啪啪的響聲。根據噪聲可以檢測汽蝕的初生。但是,把這種汽蝕噪聲和周圍環境的噪聲以及機器內部因水流沖擊而產生的噪聲區別開來,定量地確定其程度是相當困難的。在這種情況,注入少量空氣可以緩沖噪聲、振動以及對金屬的破壞。

    2過流部件的腐蝕破壞

泵長時間在汽蝕條件下工作時,泵過流部件的某些地方會遭到腐蝕破壞。這是因為氣泡在凝結時金屬表面受到像利刃似的高頻(600--25000Hz)強烈沖擊,壓力達49MPa,致使金屬表面出現麻點以至穿孔。嚴重時金屬晶粒松動并剝落而呈現出蜂巢狀。汽蝕破壞除機械力作用外還伴有電解、化學腐蝕等多種很復雜的作用

   

 3性能下降

    泵汽蝕時葉輪內液體的能量交換受到干擾和破壞,在外特性上的表現是流量一揚程曲線、流量一軸功率曲線、流量一效率曲線下降。嚴重時會使泵中的液流中斷,不能工作。應當指出,泵發生汽蝕的初生階段,特性曲線并無明顯變化,有時因產生的氣泡復蓋過流部分表面,形成光滑層而使泵效率稍有提高。泵的特性曲線出現明顯變化時,汽蝕已發展到一定程度。

    不同比轉數的泵,由汽蝕引起性能下降的形式不同。低比轉數泵,由于葉片間流道窄而長,故一旦發生汽蝕,氣泡易于充滿整個流道,因而性能曲線呈突然下降形式。隨著比轉數增大,葉道向寬而短的趨勢變化,因而氣泡從發生發展到充滿整個流道需要一個過渡過程,相應的泵的性能曲線開始是緩慢下降,之后增加到某一流量時才表現為急劇下降。軸流泵葉片少,葉片間重疊小,總有一部分處于高壓作用,因而性能曲線在整個范圍內只是緩慢下降。在多級泵中,因汽蝕發生在首級,所以性能曲線下降比單級泵小。

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