摘 要：泵是火力发电厂中常见的设备，其中如给水泵、凝结泵、疏水泵等都属于离心泵。实践证明，几乎一切与液体有关的水力装置都会发生汽蚀，发电厂的离心泵在运行过程中更易发生汽蚀，它不仅加速了设备的老化，严重时会损坏离心泵的叶轮、导轮和泵壳，使设备无法运行，是运行中的不安全隐患。故研究并防止离心泵的汽蚀是项非常重要的工作。
关键词：离心泵 汽蚀 危害 防止措施
一、离心泵发生汽蚀的象征
当泵发生汽蚀时，是由于水中的汽泡在压力高的地方迅速缩小和消失，在水泵内部发生水锤现象，从而发生噪音和震动。如汽蚀程度继续增加，汽泡大量产生，即可发现泵进出口的压力表计开始波动，声响时响时重，泵的电流与声响同步变化。这时如不采取措施，汽蚀进一步加剧，泵的扬程、功率及效率曲线迅速下降，流量减小直至断水，如图1所示。上述情况可判定离心泵发生汽蚀。
二、离心泵发生汽蚀的原因
通过大量试验，我们可分析出离心泵发生汽蚀的原因如下：离心泵通过叶轮的旋转对液体做功，使液体能量增加，在此过程中，液体的速度和压力是变化的。离心泵叶轮入口处是压力最低的地方，加上液体流入叶片时的压降和损失，叶轮的叶片进口边处通常是压力最低区域。如果这个区域的液体压力是等于或低于该温度下液体的汽化压力Pv，就会有蒸汽及溶解在液体中的气体从液体中大量逸出，形成许多蒸汽与气体混合的汽泡，这些小汽泡随液体流动到高压区域时，由于汽泡内部始终是汽化压力Pv，而汽泡周围液体的压力却是很大的，因而这些小汽泡内外便产生了压力差。在这个压力差的作用下，汽泡受压而破裂重新凝结。在凝结过程中，液体的质点便从汽泡中心四面八方加速运动，就在这凝结的瞬间，无数小质点相互撞击，产生很高的局部压力。如果这些小汽泡在金属表面附近破裂而凝结，则液体质点就像无数个小弹头一样，连续不断打击金属表面，压力很大（可达数百兆帕）、频率很高（每秒钟2万多次）且集中作用在极微小的面积上。这种现象反复发生并长期继续下去，就使材料表面遭到严重的浸蚀破坏，这就是汽蚀。在所发生的汽泡中，还夹杂一些活泼的气体（如氧气等），这些活泼的气体借助于汽泡凝结时所放出的热量，对金属还起到化学腐蚀作用，在化学腐蚀和机械的共同作用下，更加快了金属的损坏速度，这就是我们所见到的汽蚀破坏现象。
三、离心泵的防止措施
知道了离心泵的汽蚀原因，我们可根据具体情况采取防止措施，即从设计、制造、安装等方面防止汽蚀。具体方法如下：
1.采用抗汽蚀材料
采用抗汽蚀性能较好的材料来制作叶轮或喷涂在泵壳、叶轮表面，以延长叶轮的使用寿命。目前的试验研究证明，不论是金属材料（硬的、软的、脆性的、韧性的、容易起化学反应的、不容易起化学反应的）还是非金属材料（橡胶、塑料、玻璃等），都会受到汽蚀的破坏，只是破坏程度不同而已。一般来说，材料的强度好、韧性好、硬度好、化学稳定性好，它抗汽蚀性能就好。实践证明，铝铁青铜9-4，含铬的不锈钢2Cr13稀土合金铸铁、铜基合金一铝青铜，以及高镍铬合金材料的抗汽蚀性能都比普通铸铁优越。但高压给水泵不能使用含铜的合金做叶轮，因为在水中加有氨，而铜在含氨的水中被腐蚀成离子状态，铜离子遇到铁形成铜、铁微电池，加速了对锅炉的腐蚀，对锅炉不利。目前国外认为满意的材料是含铬17％，镍4％的马氏体沉淀硬化不锈钢。国内电厂通常使用2Cr13材料精密铸造叶轮，从而提高其的抗蚀能力。
2.改进离心泵叶轮的几何形状
2.1加大离心泵叶轮入口直径D0如图2所示，增大D0，即降低叶轮入口速度V0，可以提高泵的抗汽蚀性能。对低比转数（ns≤100）离心泵，其效果尤为显著。
2.2加大离心泵叶轮叶片进口边处的宽度b1，增大b1，可以使叶轮入口相对速度ω减小，亦可提高泵的抗汽蚀性能。对低比转数（ns＜100）的泵效果较明显。通常同时增大D0 b1，其效果比单独增大D0和b1显著，如图2所示。目前此种提高离心泵的抗击汽蚀性能的方法应用较广，如发电厂中锅炉给水泵的第一级（首级）叶轮一般均比次级叶轮的D0及b1大，就是这个缘故。
2.3采用双吸叶轮，因为双吸叶轮相当于两个叶轮背靠背地并联运行。如图3所示，这就降低了叶轮的入口速度，从而可提高离心泵的抗汽蚀性能。
2.4使叶轮叶片入口边向叶轮吸入口延伸。这种方法有利于提高泵的抗汽蚀性能。但对低比转速泵的叶轮来说，要考虑由于叶轮入口片排挤而造成的压力损失。
2.5加大叶轮前盖板的弯曲半径。由试验知，这样不但推迟汽蚀的发生，而且能保证外部特征不变，有利于提高泵的汽蚀性能。如图4所示，其中3#轮是加大了前盖板弯曲半径的叶轮。
试验结果表明为了提高叶轮抗汽蚀性能，主要是采取减少叶轮叶片数，减薄叶片进口厚度，加宽叶轮进口流道，叶片向叶轮入口方向延伸等措施。采取这些措施的目的是加大叶轮入口吸其流道的流通面积，从而减小液体进入叶轮后的流速，降低流体阻力，避免过大的压降。
3.装置前置泵
火力发电厂的给水泵输送的水，温度接近该压力下的饱和温度，工作条件恶劣，最易发生汽化。为了保证给水泵的安全运行，一般都为给水泵配备流量与给水泵相匹配的低转速的前置泵。因为前置泵转速低，抗汽蚀性能好。除氧器的给水经前置泵增压后，再进入高速的给水泵，大大改善了给水泵的抗汽蚀性能。装置前置泵，虽然增加了设备投资和厂用电消耗，但却保证了给水泵甚至整台机组的安全运行。目前此法还是行之有效的方法，被国内外很多电厂采用。
4.安置诱导轮
试验证明，在离心泵的首级叶轮前面安装一螺旋形的叶轮，可以改善液流，提高泵的抗汽蚀性能，增加吸水高度。这一螺旋形的叶轮就叫诱导轮，如图5所示。装置了轴流式螺旋形诱导轮的离心泵，一般在相同的设计流量情况下，诱导轮与离心泵叶轮相比，有较好的抗汽蚀性能。液体通过诱导轮后，使液体压力提高，防止离心泵叶轮出现汽蚀。运行经验表明，装有诱导轮的凝结泵，叶轮的汽蚀基本上可以避免。
以凝结泵（型号10SN5X3）为例，其安装尺寸如图6所示。诱导轮与其衬圈的单边间隙为0.3mm~0.4mm。若要调整此间隙，可以在诱导轮衬圈与泵壳的接触面上加减垫片，从而使诱导轮衬圈可上、下移动，改变间隙。叶轮的固定方法为：最后一级叶轮通过平衡鼓靠在轴肩上，叶轮下叶轮间的定位依靠间距套，叶轮与轴的圆周方向定位依靠键。首级叶轮与诱导轮之间也有间距套。诱导轮下面的轴套内车有螺纹，与轴转向相反。轴上所有各级叶轮、平衡鼓、诱导轮不得有轴向位移。
5.选取合理的吸入方式
从汽蚀发生的原因可知，泵内汽蚀是在叶轮入口处液体压力等于或低于该温度下的汽化压力发生的。因此，合理地选取叶轮入口的压力是防止泵内汽蚀的措施之一。对于同一台离心泵来说，在某种进水管的安装条件下运装时会发生汽蚀，而改进进水管的安装条件时就可能不发生汽蚀，因此安装离心泵需考虑选取合理的吸入高度。
通常，水泵在出厂时，在其铭牌或说明书上都有允许吸入高度一项。但铭牌上的数值是在大气压为10m水柱，温度为20℃的条件下，用清水试验求出的。如果水泵安装地点的气压和水温与上述不同，则应进行修正。不同温度下水的汽化压力可参照下表1查出。
表1 不同温度水的汽化压力
从表1中可以看出，气压越高，水的汽化温度也越高。当温度提高到一定数值时，水在标准大气压下就可以汽化，泵的入口根本不能是负压，而必须是正压，这说明水泵必须在液面以下工作。如发电厂的给水泵，由于输送从除氧器出来的热水，所以必须安装在除氧器下面，以保持一定静水头。
此外，大气压力随海拔高度变化而变化，不同海拔高度有不同的气压。如下表2所示为气压随海拔高度变化的变化情况。
表2 不同海拔高度的大气压力
合理的吸入高度，除按水温和安装地点的海拔高度进行修正外，还要考虑到泵入口管道的阻力，包括管道的粗糙度、管道的弯头阀门等所形成的阻力。
为了保证泵的安全运行，对修正后的吸入高度按规定应留有0.3m的余量，这叫允许吸入真空度。这是允许最大的吸入高度，只有在这个高度范围内，泵的运行才不会发生汽化。
四、结束语
总之，根据实际情况在离心泵的设计、制造、安装等方面综合考虑，汽蚀是可以有效的防止的。并且随着科技的发展，我们打破思维定式，将会发现更好的防止汽蚀的方法，这对发电厂将是一个福音，让我们为这一天早日到来而共同努力吧！
参考文献：
[1]邵和春主编《汽轮机运行》.第一版.北京:中国电力出版社，1999.6.
[2]李浩然主编《汽轮机附机安装》. 第一版.北京:中国电力出版社，2001.5.
[3]火力施工质量检验及评定标准.汽机篇.1994.9.
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