【正文】 汽蝕 汽蝕原理 預(yù)防措施 泵的 提 出， 最先是用于轉(zhuǎn)移或壓縮液體和氣體的設(shè)備。在所有泵 中，我們一步步采取措施 來 防止氣蝕，氣蝕將減少流量并且破壞泵 的結(jié)構(gòu)。用來處理氣體和蒸汽的泵稱為氣體壓縮機，研究流體的運動的科學(xué)稱為流體 力學(xué)。 水泵是用管子連接的 機械把水從一個地方傳到另一個地方。水泵的操作壓力從一磅到一萬磅每平方英尺。日常生活中，泵是很多 見 的，有用于在魚池和噴泉使水循環(huán)和向水中充氣的電泵，還有用于從住宅處把水引走的污水泵。 離心泵的早期形式 螺桿泵， 是通過一個管子連接一根螺桿組成的，它是利用螺桿的旋轉(zhuǎn)把水提升上去。螺旋泵經(jīng)常用在污水處理廠中 ，因為它 們可以運輸大量的水，而不會因為碎片而堵塞。在遠(yuǎn)古的中東，因為對農(nóng)場進(jìn)行灌溉的需求，所以有一種強大的動力去推進(jìn)水泵的進(jìn)程。在這些區(qū)域里，早期的泵是為了將水一桶一桶 的從水源或河渠中提升到容器中。古希臘的發(fā)明家和數(shù)學(xué)家阿基米德被 認(rèn)為是公元前 3 世紀(jì)首先提出螺旋泵的發(fā)明家。之后，古希臘發(fā)明家發(fā)明了第一個提水泵。在十七世紀(jì)末和十八世紀(jì)初，英國的工程師 Thomas Savory，法國的物理學(xué) 家 Denis Pa]pin，和英國的鐵匠和發(fā)明家Tomas Newen,它們發(fā)明了用蒸汽驅(qū)動活塞的水泵。蒸汽驅(qū)動的水泵 首先廣泛的被應(yīng)用 是在從煤礦往外輸水過程中?，F(xiàn)在離心泵使用的例子， 是 來自于 哥倫比亞河上使用的大古利水壩。這個泵有超過灌溉一百萬英畝的土地能力。 離心泵被認(rèn)為是旋轉(zhuǎn)泵，它有一個旋轉(zhuǎn)地葉輪，葉輪上 有 葉片，葉片 是侵入液體中的 。液體也是由葉輪軸向進(jìn)入泵，并且旋轉(zhuǎn)的葉輪將液體甩向葉片根部。同時葉輪也給液體一個較高 的速度 ，這個 速度 通過 泵的一個 固定部件轉(zhuǎn)化 成壓力。我們一般稱為擴(kuò)壓 器。在高壓泵里，很多葉輪可以被系列選用，并且在一個葉輪后有一個擴(kuò)壓器，也可能含有導(dǎo)輪，可以逐漸的降低液體的 速度 。對于低壓泵來說，擴(kuò)壓泵一 般就是一個螺旋形的通道，成為蝸殼，作用原理是攔截面逐漸增加可以有效降低流體的 速度 。在泵工作前，葉輪必須被灌注，也就是在泵啟動時，葉輪必須被液體包圍。也可以通過在吸入線上放另一個截止閥來實現(xiàn)，截止閥在泵停止工作時是液體保留在泵內(nèi)。如果 截止 閥泄露了，泵可以通過閥的入口，從外面的水源比如說蓄水池來取水灌注。一般離心泵在排水線 的地方 也有一個閥控制流體和壓力。對于小流量和高壓力來說，葉輪作用很大部分是放射狀的。對于高速流體和低壓排水壓力，泵中流體的方向可以近似于與軸的軸向平行，這時泵有一個軸流。這時葉輪就近似于螺旋推 進(jìn)器。從一種流 動 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種流 動的狀態(tài)是漸進(jìn)的，對于中間狀態(tài)，設(shè)備可稱為混流泵。 離心泵是化工和石油工業(yè)中應(yīng)用最廣 泛的一種泵。它能輸送性能非常廣泛的液體和固體含量高的懸浮液，像泥 泥漿，可以用多種抗腐蝕材料建造。泵的整個外殼可用像聚丙烯這樣的塑料來建造，或者用腐蝕襯里加工。由于它的高速運轉(zhuǎn)，可將其直接耦合到電動機上，由電動機的規(guī)格大小決定流量高低。 在這樣的泵中，液體被吸 入到旋轉(zhuǎn)葉輪的中心，通過離心作用向外流動。由于高速旋轉(zhuǎn)，液體在吸入口和因動能轉(zhuǎn)化為壓能的出口側(cè)獲得較高的動能和 壓力差。 葉 輪由一系列弧形葉片組成，因此能使液體的流動盡可能平穩(wěn)。葉輪中葉片越多，則液體的流動方向越好控制，那么液體循環(huán)流動時因波動引起的損失就越少。在開式葉輪中，葉片被固定在中心輪轂上，而在閉式中葉片則是用兩塊鋼板支撐以減少漏液。由此可以看出，在很大程度上，葉片末端的角度決定了泵的工作特性 。 流體通常在軸向上通過葉片的上升進(jìn)入泵殼。在這種簡單類型的離心泵中，液體由切向方向隨著橫截面逐步流到蝸殼中。圖（ a）所示為旋渦型泵。圖（ b）中，在渦輪泵中的液體隨移動的葉輪在一系列固定葉片中形成擴(kuò)散環(huán)。 這種旋渦 能逐漸改變流體的流動方向，并有效地將動能轉(zhuǎn)化成壓能。固定葉片前緣處的流體應(yīng)該沒有受到?jīng)_擊。 沿著葉輪葉片，液體的流動具有一定速度，同時，葉片末端相對于泵體有 移動。液體的運動方向相對于泵殼 —— 和固定葉片所需的角度一樣 —— 是兩個速度的合成方向。在圖 c 中， c. vu是液體相對于葉片的速度， tu 是葉片上某點的切向速度；將這兩個速度合成即可得到液體的速度 2u 。因此，很明顯，在擴(kuò)散環(huán)中所需要的 葉輪角由葉輪的產(chǎn)量、旋轉(zhuǎn)速度和葉片的角度決定。所以，泵在很嚴(yán)格的條件下才能有最大的運行效能。 離心泵的有效壓頭 當(dāng)流體所剩余的動能全部轉(zhuǎn)化為壓能時，壓力最大。如下文所述，有效壓頭和半徑的平方以及速度成正比，壓力更高時，必須使用多級泵。考慮到液體在離泵中心 r 到 r+dr 的距離內(nèi)旋轉(zhuǎn)，如圖 d d. 所示。這一部分流體的質(zhì)量為 dM =2πrdrdρ， 其中 ρ 是流體的密度， b是這部分流體的寬度。 如果流體在與切向方向成 θ 角上以速度 u流動，則這部分質(zhì)量流體的角動量為 =dM(urcosθ ) 流體通過泵所 產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力等于角動量對時間的改變量 dτ=dM t?? (u r cosθ)=2πr bρdr t?? ( u r cosθ) 液體的體積流速為： Q=2π r b t?? Dr=Qρd(u r cosθ) 因此，液體在泵中受到總的扭轉(zhuǎn)力由 dτ 在小標(biāo) 1和 2之間積分而得，下標(biāo) 1 引用的是泵入口處的條件，小標(biāo) 2是出口時的條件。 于是有： τ=Qρ（ u2r2cosθ2 – u1r1cosθ1） 離心泵 的優(yōu)缺點 主要優(yōu)點有： （ 1）制造簡單，可用多種材料加工。 （ 2）無閥門。 （ 3）高速運轉(zhuǎn)（高達(dá) 100 赫茲），因此可直接耦合到電動機上。一般地，速度越大，泵和電動機的效率越小。 （ 4）能平穩(wěn)傳送。 （ 5）維修費用比其他類型的泵少。 （ 6）輸送堵塞時，只要不是長時間運作，泵就不會被損壞。 （ 7）與其它泵相比，體積較小。因此，它可以利用電動機做成密封裝置沉浸在吸收罐中。 （ 8）能容易輸送含有高比例懸浮固體的液體。 主要缺點有： （ 1）單級泵不能提高壓力。而多級泵能提高壓頭，但價格昂貴而且由于它們的復(fù)雜性不能用抗 腐蝕的材料加工建造。通常用較高的速度來減少所需要的級數(shù)。 （ 2）只有在有限條件下才能以最高效能運作：尤其是渦輪泵。 （ 3）它不能自動注水。 （ 4）在輸送和吸收管道中，如果沒有止回閥，液體就會在泵停止瞬間倒流到吸入槽內(nèi)。 （ 5）不能有效處理粘性液體。 3. 離心泵中的汽蝕 （ 1） “ 汽蝕”一詞來源于拉丁語高弓足，這意味著一個中空的空間或空腔。韋氏詞典定義的字是 在一個非常低的壓力區(qū) 域流動的液體腔內(nèi) 迅速形成和崩潰 的“腔 ”。 在離心泵中的任何地方像蒸氣泡沫，氣體泡沫，氣體破洞，氣泡等各種條件長期作用都會造成汽蝕。這是一個各種結(jié)果同時作用的事情，不能簡單地看待。汽蝕的形成 討論 如下 。 在離心泵的蝸殼中，汽 蝕 意味著一個氣泡內(nèi)的液體，他們的形成，成長和隨后通過泵的液體流動崩潰所經(jīng)歷 的動態(tài)過程。 一般來說，液體內(nèi) 氣泡 的形成 有 兩種類型：蒸汽氣泡或氣 態(tài)空 泡。 的液體汽化 而引起的 泡沫的形成。蒸汽氣泡的形成和崩潰引起的汽蝕條件通常被稱為霧狀氣蝕。 形成 的過程中 ，由于正在 往 泵 中輸 送 的 液體中溶解 入 氣體（一般空氣的存在，但可能是 系統(tǒng)中的任何氣體）， 由 這些氣體 的形成和崩潰引起的汽蝕條件通常被稱為氣態(tài)空泡。 （ 2）重要的定義： 為了使汽蝕機制有一個清晰的認(rèn)識，我們對所要遵循的重要術(shù)語的定義進(jìn)行了探討。 ?1） 靜態(tài)壓力， ?2） 動態(tài)的壓力， ?3） 總的能頭， ?4） 靜壓頭， ?5） 速度頭， ?6） 蒸氣壓。 靜態(tài)壓力： 在流體中的靜態(tài)壓力是指單位面積上流體的的移動邊界與流體的正常作用力 之間的壓力差 。它描述了系統(tǒng)內(nèi) 部和外部的壓力之間的差異，而無視系統(tǒng)中的其他條件。例如，當(dāng)提到 管 道，靜壓是內(nèi)管和外管的壓力之間的差異， 而不用管 任何管道內(nèi)的氣流。在能源方面，靜態(tài)壓力是流體的勢能。 動態(tài)的壓力： 由于流體的動能（ 二分之一 2mv ），一個移動的流體流施加壓力 如果 高于靜態(tài)的壓力，這種額外的壓力 就 被定義為動態(tài)壓力。動態(tài)壓力流體流的動能 將 轉(zhuǎn)化為勢能。換句話說，它是在流體流已經(jīng)從它的速度 39。V39。到 39。零 39。的速度減慢的過程中 存在的壓力。 總能頭： 定義為總靜壓和總動壓的總和。它是衡量運動流體流的總能量。 速度頭：相應(yīng)的動態(tài)壓力的能頭 稱為速度頭。 蒸汽壓：蒸汽壓力必須 是保持在液體狀態(tài) 時液體的壓力。這適用于液體表面的壓力不夠時 保持分子之間非常接近，氣體或蒸汽 的 分子將是自由的 的分離和漫游。蒸汽壓力 取決于液體的溫度。溫度越高，蒸汽壓越高。 （ 3）汽蝕的危害 ：汽蝕可以摧毀泵和閥門，可立即引起泵的效率損失，并且設(shè)備會不斷增加的效率損失，加速對泵 部件的 侵蝕。因此，重要的是理解現(xiàn)象，充分預(yù)測和減少汽蝕產(chǎn)生的危 害，也給診斷汽蝕問題找到切實可行的解決方案 1）汽蝕增強化學(xué)腐蝕 泵在汽蝕條件下 變得更容易受到腐蝕和化 學(xué)攻擊。金屬常用的氧化層或鈍化層，可以保護(hù)金屬的進(jìn)一步腐蝕。氣泡 如果連續(xù)的產(chǎn)生，就可以去除氧 化或鈍化層而暴露未受保護(hù)的金屬 被 進(jìn)一步氧化。然后 這兩個進(jìn)程（空化及氧化）共同作用，加 速腐蝕金屬泵殼和葉輪，這一進(jìn)程就是不銹鋼也無能為力。 2）材料選擇 金屬，塑料，或人類現(xiàn)在已知的任何其他材料，幾乎沒有能夠承受較高能量釋放的熱量和壓力產(chǎn)生 的 汽蝕。然而，在實踐中 材料可以選擇，提高材料汽蝕作用下的承受能力，提供更長的使用壽命和經(jīng)濟(jì) 價值的結(jié)果，所以，注意泵的結(jié)構(gòu)材料是重要的和富有成效的。 汽蝕的問題，是一個可以預(yù)測的問題，常見的材料，如鑄鐵和青銅就很適合泵的結(jié)構(gòu)。鑄鐵和青銅泵在工作 20 年或以上的時間，是沒有任何問 題的，即使這些泵遇到一些腐蝕。 （ 4）汽蝕的機理：氣蝕現(xiàn)象是一個循序漸進(jìn)的過程，如圖所示（下） 步驟之一，流動液體內(nèi)氣泡的形成。 內(nèi)部形成氣泡的液體，當(dāng)它從液體到蒸氣揮發(fā)即 發(fā)生相變。但液體汽化 過程中是怎么發(fā)生的呢？ 任何一個封閉的容器內(nèi)的液體汽化發(fā)生在任何液體表面上 產(chǎn)生 的壓力減小，這樣就變成等于或小于液體的蒸汽壓力，在工作溫度下，液體溫度上升，蒸汽壓力提高，這樣就變成等于或大于在液體表面的壓力。例如，如果在室溫下的水（約 77℉）保存在密閉容器中，系統(tǒng)壓力降低到它的蒸氣壓（約 PSIA），水迅速變?yōu)?蒸汽。此外，如果工作壓力是恒定保持在約 PSIA 和允許的溫 度 上升 77 華氏度以上，那么水迅速變?yōu)檎羝? 試想在一個密閉容器中，液體汽化，可發(fā)生在離心泵低于液體的蒸氣壓在泵的輸送溫度時，它的靜態(tài)壓力降低。 第二步，氣泡生長，在沒有其他條件變化的情況下， 新的泡沫不斷形成和舊泡沫規(guī)模的擴(kuò)大。形成的 液體氣泡從葉輪眼沿葉片后緣尖流向葉輪出口。由于葉輪旋轉(zhuǎn)作用，氣泡達(dá)到非常高的速度，并最終達(dá)到葉輪內(nèi)的高壓地區(qū)，在那里他們開始崩潰。據(jù)估計，在 秒的時間 是泡沫的生命周期。 第三步，泡沫的破滅，由于蒸汽氣泡沿 葉輪葉片移動，氣泡周圍的壓力開始增加，直到達(dá)到一點泡沫外面的壓力大于氣泡內(nèi)部的壓力。泡沫崩潰。這個過程不是爆炸的過程，而是一個內(nèi)爆（向內(nèi)爆裂）。大約每個葉輪葉片上都有數(shù)百相同點會 同時產(chǎn)生泡沫的破滅。泡沫的破滅是非對稱的，周圍的液體無秩序 地填補這一空白 ，形成了液體微噴。微噴后泡沫破裂產(chǎn)生的 力量， 使氣泡爆破。曾經(jīng)有 泡沫破滅的壓力大于 1 GPA（ 145x106磅）的報道。高度化的爆破效果破壞了泵的葉輪。汽蝕效果示意圖在這個數(shù)字說明。 泡沫崩潰后，沖擊波散發(fā)向崩潰的邊緣。這是我們稱之為“汽蝕”其實就像我們聽到的什么 沖擊波。氣泡內(nèi)爆破， 簡而言之，汽蝕機制是所有有關(guān)泵輸送液體內(nèi)部氣泡的形成，Phenomenon of Cavitation 生長和崩潰的過程。但如何才能使汽蝕機制的知識能真正幫助解決汽蝕問題。了解它的機制和概念，可以幫助確定氣泡的類型和他們的形成和崩潰的原因。 (5) 解決方案和補救辦法：對于汽化（蝕）問題 1. 防止 汽化問題，必須增加吸頭，降低流體的溫度，或減少 NPSH（汽蝕余量） 必需的。我們應(yīng)看看每個可能性： 1）增加吸頭： 提高水箱中的液位 ?提高通進(jìn) 口的位置 ?放置在一個坑泵 ?減少管道損失。這些損失發(fā)生的各種原因，包括： 正確。有太多的配件或管道直徑太小一個管道內(nèi)襯已經(jīng)崩潰。 。 ，尤其是 它在重型車輛運行的時候。 過濾網(wǎng)被堵塞。 ，不妨礙。通料 口可以在寒冷的天氣凍結(jié)。 ， 它要么增長，或留在最后一次打開系統(tǒng)。也許止回閥被打破，東西卡在管內(nèi)。 ，已經(jīng)出現(xiàn)的腐蝕。 ，現(xiàn)行的制度有太多的損失，增加容量。 ，用來取代閘閥。 。 11. 增加 泵的轉(zhuǎn)速。 2）降低流體的溫度 ?注射少量液體冷卻器往往是不切實際的。 ?絕緣管道想著太陽的一面。 ?小心放電循環(huán)線，他們可以加熱吸收液。 3）降低 必需 . 量 ?使用雙吸泵。這可以減少 .，或在某些情況下，它將使你由 41％提高泵的轉(zhuǎn)速降低達(dá) 27％ ?使用較低速度