离心泵的汽蚀及提高抗汽蚀能力的措施

机电信息 2010年第 11期总第 257期 在制药生产中，检修输送清水的离心泵叶轮时，常 发现被拆下的叶轮在叶片入口附近和靠近前盖板处有 麻点或蜂窝状的痕迹，甚至叶片与盖板均被穿透了一 个个孔洞。叶轮的这种损坏现象是由汽蚀引起的，汽 蚀使离心泵产生振动和噪音、使过流部件点蚀、降低了 泵的性能，甚至使离心泵不能正常工作[1，3]。 1 离心泵汽蚀现象及原因 离心泵从位置较低的贮槽中吸上液体，是因为叶轮 的旋转造成泵入口处的真空度，并与贮槽液面上方形成 压力差。但泵入口处绝对压力不能太小，若等于或小于 该处温度下液体的饱和蒸气压时，液体便开始气化而形 成气泡，气泡随之被带入叶轮内的高压区，瞬间溃灭，形 成空穴。在气泡凝失的瞬间，气泡周围的液体以极高的 速度向空穴冲击，并拌有局部高温、高压水击现象，对叶 轮、泵壳产生很大的冲击，会使金属 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面出现斑痕和裂 纹，甚至完全损坏，若气泡内含有一些活性气体（如氧气 等），它们借助气泡凝结时放出的热量，对金属发生电化 学腐蚀作用，加快了金属剥落的速度。这种液体气化、凝 结形成高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥落和电化 学腐蚀的综合现象统称为“汽蚀现象”[1～4]。 2 汽蚀的危害 2.1 汽蚀使泵产生振动和噪音 离心泵发生汽蚀时，由于气泡突然溃灭，液体相互 撞击，冲击金属表面，产生各种频率的噪声，严重时可 听见泵内发出噼噼啪啪的爆炸声。同时引起机组振 动，若机组振动频率与撞击频率相等，则产生更强烈的 汽蚀共振，致使机组被迫停车[1，4，5]。 2.2 汽蚀使过流部件点蚀 通常受汽蚀破坏的部件大多在叶片入口附近。汽 蚀初期，表现为金属表面出现麻点，继而表面出现沟槽 状、蜂窝状等痕迹，严重时可造成叶片或前后盖板穿 孔，甚至叶轮破裂，造成严重事故，因此汽蚀严重影响 泵的使用寿命[1，4，6]。 2.3 汽蚀使泵的性能下降 汽蚀使叶轮和液体之间的能量传递受到严重干 扰。大量气泡的存在，堵塞了流道，破坏了泵内液体的 连续流动，使泵的流量、扬程和效率明显下降，表现为 泵的性能曲线陡降，如图1中虚线所示，这时泵已无法 离心泵的汽蚀及提高抗汽蚀能力的措施 于天明 仲剑锋 （山东药品食品职业学院，山东威海 264210） 摘 要：离心泵是制药的重要通用设备，而汽蚀对离心泵的危害很大，它使离心泵的性能下降、使过流部件点蚀、甚 至产生振动和噪音，严重地影响离心泵正常工作。在实际生产应用中，从 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、选用、安装和运行几方面综合考虑，以提 高了离心泵的抗汽蚀能力。 关键词：离心泵；汽蚀现象；抗汽蚀能力；措施 Centrifugal pump cavitation and measures for enhancing anti-cavitation capability First Author：Yu Tianming，Shandong Drug and Food Vocational College，Weihai 264210，China Abstract：Centrifugal pump is important current equipment in pharmaceutical production，while cavitation are very harmful to the centrifugal pump，which enables performance degradation for centrifugal pump，components pitting，and even vibration and noise，which seriously affects centrifugal pump work properly. In the actual production applications，taking aspects of design，type selection，installation and operation into account，so anti-cavitation capacity of centrifugal pump is enhanced. Key words：centrifugal pump；cavitation phenomena；anti-cavitation capability；measures Shebeiguanli yu Weixiubaoyang◆设备管理与维修保养 51 中国制药装备·2010年 4月·第 4辑 继续工作，出现“断裂”工况。通常在汽蚀初级阶段，泵 的性能曲线尚无明显变化，当性能曲线陡降时，汽蚀已 相当严重了[4]。 3 提高离心泵抗汽蚀能力的措施 提高离心泵抗汽蚀能力可以从两方面进行考虑： （1）合理地设计泵的吸入装置及其安装高度，使泵入口 处具有足够大的汽蚀余量；（2）改进泵本身的结构参数 或结构形式，使泵具有尽可能小的允许汽蚀余量[1，3～7]。 3.1 降低吸入管阻力 在泵的吸入管路系统中，增大吸入管直径，采用尽 可能短的吸入管长度，减少不必要的弯头、阀门等，以 减少吸入管的管路损失，决不允许用吸入管阀门调节 流量，以免造成泵进口压力减少，流态混乱。 3.2 正确确定泵的安装高度 泵轴中心至吸液池的距离在工程上称为泵的安装 高度Hg，为避免泵在运行时产生汽蚀，在设计泵及管路 系统时，需要正确确定泵的安装高度。通常泵样本上 给出了允许汽蚀余量［Δh］或允许吸上真空高度［HS］， 他们是表示泵的汽蚀性能的参数，以此来计算泵的安 装高度[2，4，6～7]。如图2所示。 3.2.1 用允许汽蚀余量［Δh］确定泵的允许安装高度 离心泵发生汽蚀的基本条件是：叶片入口处附近 的最低液体压力pk≤该温度下液体的饱和蒸气压pt。根 据测试研究，叶轮内的最低压力点在叶片入口稍后的 K处。为防止汽蚀的产生，应满足pk＞pt，即泵入口处液 体具有的能头除了要高出液体气化压力pt外，还应当 有一定的富余能头，该富余能头称为汽蚀余量，用符号 Δh表示，汽蚀余量又分为最小汽蚀余量和允许汽蚀余 量。最小汽蚀余量用Δhmin表示，单位为m，它是指当泵 内即将产生汽蚀时，1处的压力头大于液体饱和蒸气压 力头的值，它反映吸入装置对泵汽蚀的影响。 Δhmin= p1 ρg + u21 2g - pt ρg 式中 p1———液体在泵入口处（截面1）的液体压力，Pa； u1———液体在泵入口处（截面1）的速度，m/s； Pt———输送温度下液体的饱和蒸气压，Pa； ρ———输送温度下液体密度，kg/m3； g———重力加速度，m/s2。 由于最小汽蚀余量Δhmin是泵发生汽蚀的临界值， 使用时必须加上0.3 m安全量作为允许汽蚀余量： ［Δh］=Δhmin+0.3 也可从泵样本上查出允许汽蚀余量［Δh］，从而用 ［Δh］按下式可计算泵的允许安装高度［Hg］。 ［Hg］= p0-p1 ρg -［Δh］-∑hS 式中 ［Hg］———泵允许安装高度，m； p0———吸液池面上液体的压力，Pa； ∑hS———吸入管路的阻力损失，m。 由于泵样本上给出的［Δh］是以293K的清水为介质测 定的，如果所输送的液体为其他介质，则需要进行校正。 3.2.2 用允许吸上真空高度［HS］来确定泵的允许安装 高度 允许吸上真空高度［HS］是保证泵不发生汽蚀泵进 图1 汽蚀严重时断裂工况 设备管理与维修保养◆Shebeiguanli yu Weixiubaoyang 图2 离心泵的安装高度 52 机电信息 2010年第 11期总第 257期 口处的吸上真空高度，也是一项很重要的性能参数，用 来说明离心泵吸入性能的好坏。 出现汽蚀现象时的吸上真空高度称为最大吸上真 空高度，以HSmax表示。目前，最大吸上真空高度HSmax只能 通过实验得到。为了保证离心泵运行时不发生汽蚀，同 时应有尽可能大的吸上真空高度，一般保留0.3～0.5 m 的安全量，即 ［HS］=HSmax-（0.3～0.5） 泵吸入口处的真空度不应超过样本上规定的［HS］， 它关系到泵使用时安装位置的高低。安装水泵时，可 根据［HS］值来计算泵的允许安装高度，即 ［Hg］=［HS］- u21 2g +∑hS∑ ∑ 离心泵样本上给出的［HS］值是在标准大气压（p0= 101.3 kPa），液体温度为293 K的条件下，以清水做实验 测得的。如果泵使用地点的大气压和液体温度与测定 条件相差很大时，则应对样本上的［HS］进行修正。 ［HS］′=［HS］-10+ p0-pt ρg 式中 ［HS］′——修正后的允许吸上真空高度，m； P0———泵使用地点的大气压，kPa； pt———在使用地点温度下液体的饱和蒸气压，kPa。 3.2.3 几何安装高度Hg的确定 在实际生产中，为了安全起见，一般情况下计算出 允许安装高度后，再取0.5～1 m的安全值作为泵几何 安装高度Hg，即 Hg=［Hg］-（0.5～1） 3.3 采用双吸式叶轮 双吸式叶轮相当于两个单吸叶轮背靠背地并合在 一起工作，使每侧通过的流量为总流量的1/2，从而使 叶轮入口处的流速减小。 3.4 采用诱导轮 在离心泵叶轮前加诱导轮能提高泵的抗汽蚀性 能，而且效果显著。诱导轮是一个轴流式的螺旋形叶 轮，与轴流泵叶轮有明显差别。当液体流过诱导轮时， 诱导轮对液体做功而增加能头，即对进入后面离心叶 轮的液体起到增压作用，从而提高了泵的吸入性能，减 少了汽蚀的可能性。 3.5 采用超汽蚀叶形诱导轮 近年来，出现了一种超汽蚀泵，在离心泵叶轮前加 一轴流式的超汽蚀叶形诱导轮。 超汽蚀叶形诱导轮具有薄而尖的前缘，以诱发一 种固定型的气泡，并完全覆盖叶片。气泡在叶形诱导 轮后的液流中溃灭，即在超汽蚀叶形诱导轮出口和离 心叶轮进口之间溃灭，故超汽蚀叶轮叶片的材料不会 受汽蚀破坏。这种在汽蚀显著发展时，将整个叶形都 包含在汽蚀空气之内的汽蚀阶段称为超汽蚀。 3.6 采用抗汽蚀材料 当使用条件受到限制，不可能完全避免发生汽蚀 时，应采用抗汽蚀材料制造叶轮，以延长叶轮的使用寿 命。常用材料有铝铁青铜9-4、不锈钢2Crl3、稀土合金 铸铁和高镍铬合金等。实践证明，材料强度和韧性越 高，硬度和化学稳定性越高，叶道表面越光滑，则材料 的抗汽蚀性能也越好。 3.7 对过流部件进行涂层处理 为防止汽蚀，可对离心泵过流部件表面进行涂层 处理，喷镀耐汽蚀金属材料或非金属涂料，而采用以环 氧树脂为基础的抗汽蚀耐磨材料比采用贵重的合金钢 要经济。 4 结语 离心泵是制药生产中的重要通用设备，汽蚀直接 影响其正常工作，降低使用寿命，对离心泵的危害很 大。所以，在设计、选用、安装和运行中要从以上几方面 综合考虑，同时还要加强日常管理、维修维护，以提高 离心泵的抗汽蚀能力，消除或降低汽蚀的危害。 ［参考文献］ ［1］ 孙广银，张娟.水泵汽蚀的危害及其防止措施［J］.科 Shebeiguanli yu Weixiubaoyang◆设备管理与维修保养 （下转第56页） 53 中国制药装备·2010年 4月·第 4辑 技情报开发与经济，2009，19（21）：171～172 ［2］ 李倩，李力伟.浅谈水泵安装高度的计算［J］.科技 创新导报，2009（8）：93 ［3］ 李振西.离心泵汽蚀的原因及防治措施［J］.科技信 息，2009：367 ［4］ 邢晓琳.化工机器［M］.北京：化学工业出版社，2007 ［5］ 姜乃昌，许仕荣，张朝升.泵与泵站［M］.北京：中国 建筑出版社，2007：77～85 ［6］ 汪云瑛.泵与压缩机［M］.北京：石油工业出版社，1984 ［7］ 石少均.药厂通用设备［M］.北京：中国医药科技出 版社，1999 收稿日期：2010-02-02 作者简介：于天明（1966-），男，副教授，高级工程师，主要 从事制药、化工机械的教学及流体机械的研究工作。 （上接第53页） 军工产品必须使用国家军用标准，才能通过军代表的 验收和得到部队的订购。（3）要会制定标准。关键是制 定能获得经济回报的标准，即那些能降低企业成本或 提高市场竞争力的标准。 “三防”：（1）防止误解标准的级别关系。主要是搞清 国际标准、国家标准、行业标准、企业标准间的关系。即 产品在行业内销售时，企标须高过行标才能通行；在国 内销售时，企标须高过国标；在国际上销售时，国际标 准是产品进入各级市场的最低门槛，企标才是产品质 量的准绳，所以企标是强制性的。（2）防止滥用标准。由 于标准一旦引用就必须遵守，因此引用过多的标准或 对标准不加以剪裁地使用，必然会提高产品的成本，有 时还会导致合同争端和贸易纠纷。（3）防止依赖标准化 人员。法规明确：标准化工作人员组织制定标准、宣贯 标准和监督标准执行情况，而技术人员才是执行标准 的主体。只有技术人员在研制过程中运用了标准化理 念、采用了相关标准，标准化工作才算是落到了实处， 因此标准化工作绝对不仅是标准化人员的事。 3 标准化与质量 现在有一种现象，各个行业机关、各个企业单位、 各级领导都非常重视质量，如“质量是企业的生命”、 “质量具有一票否决权”等。质量的确很重要，但是我 们如何抓质量、如何有效提高质量管理水平呢？许多 领导对此相当困惑和头痛，苦无良策。大家都知道，日 本的产品质量在全球享有盛誉，那我们就引用日本一 位著名质量专家石川馨先进的一段名言：“没有标准化 的进步，就没有质量的成功，质量与标准化是一辆马车 的两个轮子，假若不了解这种关系，标准不得力，质量 控制最后将以失败告终。”标准和质量是研制过程中 不可分开、必须协调发展的两个体系，但只有建立在企 业标准体系基础上的质量管理体系才能真正持续有 效。标准支撑质量。 4 结语 标准化工作是企业参与市场竞争的利器，随着生 产方式的改进，将越来越多地凸显出标准化工作的重 要地位和意义。因此，企业各级人员特别是技术人员 更应充分认识到标准化工作的重要性和紧迫性，自觉 地学习、用好标准化，以促进和提高企业产品质量和管 理水平的更快提升。 收稿日期：2010-01-27 作者简介：何发正（1961-），男，重庆市人，工程师，研究方 向：企业标准化管理。 标准与质量◆Biaozhun Yu Zhiliang 56