汽蚀

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定义

国标术语

汽蚀现象

危害

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定义

　　汽蚀[1]—当流道（可以是泵、水轮机、河流、阀门、螺旋桨甚至动物的血管）中的液体（可以是水、油等）局部压力下降临界压力（一般接近汽化压力）时，水中气核成长为汽泡，汽泡的聚积、流动、分裂、溃灭过程的总称。

　　空化[1]—上述情况下汽泡的产生叫空化。它与沸腾不同，沸腾是由于温度升高造成，而汽蚀是由于液体压力下降造成。

　　汽蚀与[1]气蚀是相同的。

　　习惯上，泵界喜欢用汽蚀，主要想表示其气体是液体汽化而成，不同于液体中溶解的气体。

　　水轮机行业则多用气蚀，现在干脆用空化、空蚀[1]。

　　1873年雷诺在理论上预言。1893年英国皇家海军“勇敢号”的螺旋桨上首次观察到汽蚀现象。

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国标术语

　　GB/T7021-1986《离心泵名称术语》：

　　英文：Cavitation

　　汽蚀：流动着的流体由于局部压力的降低产生汽泡的现象。泵发生汽蚀，在汽蚀部位会引起机件的侵蚀，进一步发展则将造成扬程下降，产生振动噪声。

　　GB/T15469-1995《反击式水轮机空蚀评定》

　　英文：Cavitation

　　空化（过去曾用气蚀）。空化是当流道中局部压力下降至临界压力（一般接近汽化压力）时，水中气核成长为汽泡，汽泡的聚积、流动、分裂、溃灭过程的总称。

　　英文：Caitation pitting

　　空蚀（过去过去曾用-气蚀损坏），由于空化造成的过流部件材料损坏。

　　GB/T19184-2003《水斗式水轮机空蚀评定》

　　英文：Cavitation

　　空化——当流道中水流局部压力下降至临界压力（一般接近汽化压力）时，水中气核成长为汽泡，汽泡的聚积、流动、分裂、溃灭过程的总称。过去称作“汽蚀”。

　　空蚀——由于空化造成的过流部件材料损坏。过去称作“汽蚀”、或“气蚀损坏”。

　　GB/T15469.2-2007《水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定2蓄能泵和水泵水轮机的空蚀评定》、GB/T 21717-2008《小型水轮机型式参数及性能技术规定》 等同GB/T19184-2003。

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汽蚀现象

　　泵在吸入真空度大于允许吸入真空度时，发生汽蚀现象。主要发生在叶轮外缘叶片及盖板，涡壳或导轮

处，不会发生在叶片进口处。例如流量大于设计流量时发生在叶片进口靠近前盖板的叶片正面处(K1)。当叶轮入口处压强下降至被送液体在工作温度下的饱和蒸汽压时，液体将会发生部分汽化，生成的气泡将随液体从低压区进入高压区，在高压区气泡会急剧收缩，凝结，其周围的液体以极高的速度冲向原气泡所占空间，产生高强度的冲击波，冲击叶轮和泵壳，发生噪音引起震动。由于长期受到冲击力反复作用以及液体中微量溶解氧的化学腐蚀作用，叶轮局部表面出现斑痕和裂纹甚至成海绵状损坏。

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危害

　　①产生600~25000Hz的噪音和振动；

　　②流量,扬程,效率降低；

　　③金属疲劳破坏；

　　④汽泡凝结放热引起化学腐蚀(出口压力升高使气泡溶解,所以泵出口液体不会带气泡)。

汽蚀余量

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基本概念

汽蚀现象

汽蚀余量

提高离心泵抗气蚀性能措施

1. a.提高离心泵本身抗气蚀性能的措施

2. b.提高进液装置有效气蚀余量的措施

计算公式

基本概念

汽蚀现象

汽蚀余量

提高离心泵抗气蚀性能措施

1. a.提高离心泵本身抗气蚀性能的措施

2. b.提高进液装置有效气蚀余量的措施

计算公式

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基本概念

　　泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属表面产生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用米标注，用（NPSH）r。吸程即为必需汽蚀余量Δh：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。

　　吸程=标准大气压（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米）

　　标准大气压能压管路真空高度10.33米。

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汽蚀现象

　　液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生汽泡。把这种产生气泡的现象称为汽蚀。汽蚀时产生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以致破灭。这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀溃灭。

　　泵在运转中，若其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为某种原因，抽送液体的绝对压力降低到当时温度下的液体汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生大量蒸汽，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的同时，液体质点以很高的速度填充空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，冲击应力可达几百至几千个大气压，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将壁厚击穿。

　　在水泵中产生气泡和气泡破裂使过流部件遭受到破坏的过程就是水泵中的汽蚀过程。水泵产生汽蚀后除了对过流部件会产生破坏作用以外，还会产生噪声和振动，并导致泵的性能下降，严重时会使泵中液体中断，不能正常工作。

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汽蚀余量

　　指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差，单位用米（水柱）标注，用（NPSH）表示，具体分为如下几类：

　　NPSHa——装置汽蚀余量又叫有效汽蚀余量，越大越不易汽蚀；

　　NPSHr——泵汽蚀余量，又叫必需的汽蚀余量或泵进口动压降，越小抗汽蚀性能越好；

　　NPSHc——临界汽蚀余量，是指对应泵性能下降一定值的汽蚀余量；

　　[NPSH]——许用汽蚀余量，是确定泵使用条件用的汽蚀余量，通常取[NPSH]=（1.1～1.5）NPSHc。

　　离心泵运转时，液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降，在叶片入口附近的K点上，液体压力pK最低。此后由于叶轮对液体作功，液体压力很快上升。当叶轮叶片入口附近的压力pK小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力pv时，液体就汽化。同时，使溶解在液体内的气体逸出。它们形成许多汽泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡又重新凝结溃灭形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，造成液体互相撞击，使局部的压力骤然增加(有的可达数百个大气压)。这样，不仅阻碍液体正常流动，尤为严重的是，如果这些汽泡在叶轮壁面附近溃灭，则液体就像无数个小弹头一样，连续地打击金属表面。其撞击频率很高(有的可达2000～3000Hz)，于是金属表面因冲击疲劳而剥裂。如若汽泡内夹杂某种活性气体(如氧气等)，它们借助汽泡凝结时放出的热量(局部温度可达200～300℃)，还会形成热电偶，产生电解，形成电化学腐蚀作用，更加速了金属剥蚀的破坏速度。上述这种液体汽化、凝结、冲击、形成高压、高温、高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥裂与电化学腐蚀破坏的综合现象称为气蚀。

　　离心泵最易发生气蚀的部位有：

　　a.叶轮曲率最大的前盖板处，靠近叶片进口边缘的低压侧；

　　b.压出室中蜗壳隔舌和导叶的靠近进口边缘低压侧；

　　c.无前盖板的高比转数叶轮的叶梢外圆与壳体之间的密封间隙以及叶梢的低压侧；

　　d.多级泵中第一级叶轮。

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提高离心泵抗气蚀性能措施

a.提高离心泵本身抗气蚀性能的措施

　　(1)改进泵的吸入口至叶轮附近的结构设计。增大过流面积；增大叶轮盖板进口段的曲率半径，减小液流急剧加速与降压；适当减少叶片进口的厚度，并将叶片进口修圆，使其接近流线形，也可以减少绕流叶片头部的加速与降压；提高叶轮和叶片进口部分表面光洁度以减小阻力损失；将叶片进口边向叶轮进口延伸，使液流提前接受作功，提高压力。

　　(2)采用前置诱导轮，使液流在前置诱导轮中提前作功，以提高液流压力。

　　(3)采用双吸叶轮，让液流从叶轮两侧同时进入叶轮，则进口截面增加一倍，进口流速可减少一倍。

　　(4)设计工况采用稍大的正冲角，以增大叶片进口角，减小叶片进口处的弯曲，减小叶片阻塞，以增大进口面积；改善大流量下的工作条件，以减少流动损失。但正冲角不宜过大，否则影响效率。

　　(5)采用抗气蚀的材料。实践表明，材料的强度、硬度、韧性越高，化学稳定性越好，抗气蚀的性能越强。

b.提高进液装置有效气蚀余量的措施

　　(1)增加泵前贮液罐中液面的压力，以提高有效气蚀余量。

　　(2)减小吸上装置泵的安装高度。

　　(3)将上吸装置改为倒灌装置。

　　(4)减小泵前管路上的流动损失。如在要求范围尽量缩短管路，减小管路中的流速，减少弯管和阀门，尽量加大阀门开度等。

　　以上措施可根据泵的选型、选材和泵的使用现场等条件，进行综合分析，适当加以应用。

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计算公式

　　什么叫气蚀余量？什么叫吸程？各自计量单位及表示字母？

　　答：泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生液体汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下叶轮等金属表面产生剥落，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，气蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液全所具有的超过汽化压力的富余能量。单位为米液柱，用（NPSH）r表示。

　　吸程即为必需气蚀余量Δ/h：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许几何安装高度。单位用米。吸程=标准大气压（10.33米）--气蚀余量--安全量（0.5）标准大气压能压上管路真空高度10.33米

　　例如：某泵必需气蚀余量为4.0米，求吸程Δh

　　解：Δh=10.33-4.0-0.5=5.67米