离心泵中空化的影响及后果

16.1.1 空化的定义

离心泵叶轮入口处的过流面积通常小于泵吸水管的过流面积或叶轮叶片的过流面积。当被抽送的液体进入离心泵叶轮入口时，过流面积的减小使流速增加，压力降低。流量越大，泵吸入口与叶轮入口之间的压降也越大。

如果压降足够大或温度足够高，当局部压力低于所抽送液体的饱和蒸汽压时，压降可能足以使液体蒸发。叶轮入口处压降形成的蒸汽气泡被流体带入叶轮叶片。当气泡远离叶片，进入局部压力大于饱和蒸汽压的区域时，气泡又会突然破灭。

如果气泡破灭的频率足够大，听起来就像玻璃球和石块在泵内流动。如果气泡破灭的能量足够大，则会移除泵壳内壁上的金属，留下像大的圆头锤打击过的凹痕，如图16.2所示。

图16.2 空化的过程

16.1.2 空化的后果

离心泵中产生空化将严重影响泵的性能。空化会降低泵的性能和效率，并造成流量和出口压力的波动。由于液体被蒸汽所替代，所有流量会降低；叶轮流道中部分充满了更轻的蒸汽，所以会造成机械不平衡。这将会导致振动和轴挠曲变形，最终导致轴承故障、填料或密封渗漏，甚至轴断裂。在多级泵中，空化会导致推力平衡损失或推力轴承故障。

空化还会破坏泵的内部组件。当泵产生空化时，在旋转叶轮叶片的正后面低压区会形成气泡。然后这些气泡向着迎面而来的叶轮叶片流动，并在叶片上面溃灭，对叶轮叶片的进水边（前缘）产生物理冲击。物理冲击会在叶片的进水边上击出小坑，内爆的气泡将移除叶轮表面的部分材料。每一个小坑的尺寸都是微小的，但是几小时或几天后，数百万计的这些小坑的累积效应则可以摧毁一个叶轮，如图16.3所示。

图16.3 空蚀后的叶轮(www.xing528.com)

仅有少数离心泵才允许在不可避免的空化条件下运行。但是必须对这些泵进行专门的设计和维护以抵抗运行过程中的少量空蚀作用。

16.1.3 空化的迹象

噪音和震动是离心泵产生空化的标志。如果泵在空化状态下运行时间过长，会出现以下情况：

·出口压力、流量、泵电机电流产生波动；

·叶轮叶片和泵壳内壁上形成蚀痕；

·轴承过早被破坏；

·泵轴断裂或其他疲劳破坏；

·机械密封过早被破坏。