汽蚀(Cavitation)又叫空化、空蚀，是液体的特殊物理现象。当水泵在运行过程中，如果过流部位的局部区域的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力时，水就开始汽化，产生出大量的汽泡，汽泡随水流向前运动，流到压力较高的部位时，迅速凝结、溃灭。在汽泡凝结的同时，液体质点将以高速冲击空穴中心，这些空穴质点相互撞击形成局部高压，同时伴有爆裂的声响，如果汽泡破灭的位置恰好在固体的表面处，此冲击会直接作用于固体表面处，因为接触面积极小，压强值极大，加之空泡溃灭的位置恰好在固体表面处，这种冲击就会直接作用于固体表面，其作用力可达3.3*10的7次方——570*10的7次方Pa,冲击的频率达2万——3万次每秒，对金属表面的冲击力极大，引起金属表面塑性变形与硬化变脆，产生疲劳剥落，随着应力更集中，出现蜂窝状的麻点、凹坑进而脱落，严重时甚至击穿，导致金属边璧及叶片破坏。这种现象就称为“汽蚀”。是一种常见的水泵故障，也是水泵损坏的重要原因。
1.徐州市刘山水利工程管理处北站管理所基本情况:
我站位于邳州市宿羊山镇境内，是京杭运河不牢河段补水工程之一，为江水北调第七级泵站。于1984年5月建成，安装900ZLB-2.8-6.7型水泵22台套，配用JSL14(TH)-12型电动机22台套，总装机容量6160kW,按上游水位SU=27.0米，下游水位SB=20.3米设计。设计扬程为6.7米，流量为50立方米每秒。采用人字型平面布置，中心夹角为120°，湿室型泵房结构，各水泵单独进水，水泵叶轮中心高程为18.31米，进水池底板高程为16.8米，出水池底板高程为22.5米。水泵采用铸铁直管出水，拍门断流。进水涵洞过水能力为每秒，四孔，洞深40米，单孔宽度为3米。排涝涵洞流量按每秒设计，三孔，洞深净高为2.3米。到目前为止共翻水120万台时，110多亿立方米，为保证京杭运河不牢河段的灌溉、抗旱、工农业生产车福山地区的排涝及航运等方面用水，发挥了巨大的经济效益和社会效益。
2.900ZLB-2.8-6.7水泵性能检测及初步分析:
我站机组在保证京杭运河不牢河段的航运及抗旱的翻水季节，水泵经常处于低水位运行，但抗旱紧张，仍须服从水情需要坚持运行。考虑到机组运行效率、性能的不断下降，请扬州大学水利科学与工程学院的周济人教授等专家对机组进行解体后发现叶轮及喇叭口汽独很严重。主要分布在叶片进出口边的工作表面上及喇叭口与叶轮中心线平行处。
3.900ZLB-2.8-6.7水泵产生汽蚀的原因:
900ZLB-2.8-6.7水泵产生汽蚀的原因很多，在我单位的实际运行中突出的有以下几个方面：
(1)运行状况对汽蚀的影响。对于低比转速的900ZLB轴流泵，水泵扬程是有一定限制的，当水泵吸水管淹没深度hs(指最低水位以下到叶轮中心见的距离)不够的情况下，进水池内可能产生旋涡。淹没深度hs越小，水面涡带发生的可能性越大。这是因为当淹没水深极小时，水面及以下水体绕过吸水管进入喇叭口的比例增加，水面流速增加，管后低速回流区明显增强，从而导致水面涡带的发生。进水池中的水面涡带是影响水泵经济、安全运行的不良流态。水流和空气在吸水管周围急剧旋转，漩涡中心与吸水管中心一致，大量空气进入水泵体。当旋涡的旋转方向与水泵的旋转方向一-致时，使相对运动减弱，流量减少，扬程降低，效率下降，功率增加，引起超载，使水泵机组产生强烈振动。当旋转方向与水泵的旋转方向相反时，使相对运动加强，流量增加，扬程增高，效率下降，功率减少，引起欠载，
当有些汽蚀余量NPSHa小于必须汽蚀余量NPSHr时，水泵发生汽蚀，产生噪音和振动。
(2)水流条件对汽蚀的影响。由于引水渠道较短，进水池水位变化较大，且经常在低水位运行，站流态紊乱，机组运行不稳定，水泵汽蚀性能恶化。我站拦污栅为间距宽20厘米的横条形扁铁栅栏，由于受船用生活垃圾、河道内的杂草、树枝等堵塞(因我站是老式站房，无自动清污机进行清理)，采用人工划船或用潜水员捞杂物，效率很不高，引起栅前后水头损失严重，达1.6米左右。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时各孔疏通程度不一，引起进口流态紊乱，进步使水泵机组汽蚀加剧。当给车福山地区排涝时，排涝涵洞的拦污栅前后的水位差达到2.0米，且水质很浑浊，又夹杂着大量的泥沙、杂草等杂物，更加加剧了叶片和喇叭口的汽蚀。
(3)制造材料和加工精度对汽蚀的影响。900ZLB-2.8-6.7水泵，目前外壳均采用HZ20-40的铸铁铸造，内壁不光滑，粗糙程度不均，凹凸不平。叶轮用35号钢铸成，叶片翼型制造精度、表面光洁度、安装角度，安装时叶片离喇叭口的间隙等一致性不均匀，不但对机组效率有影响，且直接导致汽蚀性能恶化。因为叶轮和喇叭口在制造时就凹凸不平，使游离脱离的水流产生汽泡而引起汽蚀。叶片安装角度不一一致，叶片离喇叭口间隙也不相等，均对水流的冲角产生影响而产生汽蚀。
4.减少和预防汽蚀破坏所采取的措施。
水泵的汽蚀是由水泵本身的汽蚀性能和抽水装置的使用条件决定的。水泵通流零部件遭受泥沙磨损与汽蚀破坏后，需要在现场进行修理，恢复应有的工作能力。汽蚀修复工作应遵循以下原则:
(1)必须寻求经济使用的方法。理论和实践都表明，完全消除汽蚀是不可能的，因此修复中要根据不同情况采用经济实用的方法进行修理。
(2)在条件许可、保证质量的前提下，尽量避免拆除、分解机组，必须解体时也应使拆除部分尽量减少。
(3)综合治理的原则。除了部件修复外，还要针对运行中的情况，选择合理运行的工况，减少汽蚀的扩大。
针对以上情况，我认为应从以下几个方面考虑来减少、预防和修复汽蚀所造成的破坏:
(1)在水泵装置上和水泵运行中采取些措施。例如进口的底阀，弯头等管路不要太长，进口管径可选择大一些，降低管中水流的速度，减少水头损失。
(2)运行中要及时清理拦污栅，避免在泵站进水中产生过大的水位跌落或将拦污栅换成自动清污机。
(3)设置橡胶坝，平衡水流紊态，过滤泥沙，使泥沙沉淀在橡胶坝外侧。
(4)对已被汽蚀破坏的过流部件，可采用表面保护技术进行修复。例如采用环氧树脂、复合尼龙、聚氨酯等。对于出现小面积的、蜂窝状的孔洞、沟痕，可采用焊条堆焊、合金粉沫喷涂、合金粉沫喷焊后，在厚度许可的情况下在车床上找正车光。
(5)如果叶轮或喇叭口表面裂纹严重，有较多的砂眼或孔洞，影响到叶轮或喇叭口的机械强度及性能时，应更换新的叶轮或喇叭口。
(6)采用含镍铬不锈钢或铝青铜等抗汽蚀性能好的材料:对叶轮室表面进行防护处理，诸如激光表面覆盖和喷焊合金粉沫材料等
5.结束语。
汽蚀问题一直是制约水泵发展的一大难题，实践证明，防止水泵汽蚀对提高水泵性能及运行质量有重要意义。随着对水泵研究的不断深入，从而切实可行、高效、环保、经济的方法来利用和防止水泵的汽蚀现象，使水泵充分发挥效用，更好的为人们服务。
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7.倪莉 叶渊杰 水泵汽蚀故障检测系统设计 《中国水运》 2009.4
论文作者:赵军
论文发表刊物:《城镇建设》2020年2期
论文发表时间:2020/3/17
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