泵汽蚀现象概述

    一、  概述

    1893年，人们确认英国一台驱逐舰螺旋浆的破坏是汽蚀的结果，这就是汽蚀现象的首次发现。之后，对螺旋桨、水轮机和水泵等水力机械的汽蚀问题进行了大量研究。随着机器向高速的方向发展，汽蚀一直是水力机械中至关重要的问题。

    (一)汽蚀的发生过程

    液体汽化时的压力为液体的汽化压力(饱和蒸汽压力)。液体汽化压力的大小和温度有关。温度越高，由于分子运动更为剧烈，其汽化压力越大。20℃常温清水的汽化压力为233 8Pa(O．0238kgf／cm2)，而l00℃水的汽化压力l0l296Pa(1 033kgf/cm2)(一个大气压力)。所以，常温(20℃)清水当压力降为233 8Pa时，就开始汽化。可见，在一定温度下压力是促成液体汽化的外界因素。

    液体在一定温度下，降低压力至该温度下的汽化压力时，液体便产生气泡。把这种产生气泡的现象称为汽蚀。但是，气泡内的气体，实际上不完全是蒸汽，还包含着以溶解或核的形式存在的气体(主要是空气)。液体中溶解的气体由于扩散而进入气泡中，将助长气泡的成长。

    汽蚀时产生的气泡，流动到高压处时，其体积减小以至破灭。这种由于压力上升气泡消失在液体中的现象称为汽蚀的溃灭。

    (二)汽蚀发生的阶段和种类

    汽蚀的发生可以分为以下几个阶段：

    l初生阶段用肉眼或其它手段检测出汽蚀的发生；

    2发达阶段初生阶段进一步发展，成为激烈发生的阶段；

    3终结阶段  由于压力上升气泡消失的阶段。

    汽蚀分为以下四种类型：

    l游离或移动汽蚀；

    2固定或附着汽蚀；

    3旋涡汽蚀；

    4振动汽蚀。

    游离汽蚀是在流动的液体中产生气泡，同时在液体中成长，到高压处而渍灭。固定汽蚀是在置于流动中的物体表面或流道边壁上形成空穴，并附着于壁面之上。旋涡汽蚀是在旋涡中低压部分发生空穴。在螺旋桨翼端发生的汽蚀就属于这种汽蚀。 振动汽蚀是在大振幅、高频压力脉动液体中发生的汽蚀。进行材料汽蚀破坏实验常常利用这种汽蚀，通常在水力机械中并不多见。在水力机械中往往同时发生移动汽蚀和固定汽蚀。

  (三)汽蚀系数

  现考虑如图4一l所示的流动中的物体。设不受物体影响的远方来流的压力为p0速

   

二、泵内发生汽蚀的现象

    (一)泵内汽蚀的过程

    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菜处)，因为某种原因，抽送液体的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力时，液体便在该处开始汽化，产生蒸汽、形成气泡。这些气泡随液体向前流动，至某高压处时，气泡周围的高压液体，致使气泡急骤地缩小以至破裂(凝结)。在气泡凝结的同时，液体质点将以高速填充空穴，发生互相撞击而形成水击。这种现象发生在固体壁上将使过流部件受到腐蚀破坏。上述产生气泡和气泡破裂使过流部件遭到破坏的过程就是泵中的汽蚀过程。

    (二)泵产生汽蚀时的现象

    1产生噪声和振动

    由于泵汽蚀时，气泡在高压区连续发生突然破裂，以及伴随的强烈水击，而产生噪声和振动’可以听到像爆豆似的劈劈啪啪的响声。根据噪声可以检测汽蚀的初生。但是，把这种汽蚀噪声和周围环境的噪声以及机器内部因水流冲击而产生的噪声区别开来，定量地确定其程度是相当困难的。在这种情况，注入少量空气可以缓冲噪声、振动以及对金属的破坏。

    2过流部件的腐蚀破坏

泵长时间在汽蚀条件下工作时，泵过流部件的某些地方会遭到腐蚀破坏。这是因为气泡在凝结时金属表面受到像利刃似的高频(600--25000Hz)强烈冲击，压力达49MPa，致使金属表面出现麻点以至穿孔。严重时金属晶粒松动并剥落而呈现出蜂巢状。汽蚀破坏除机械力作用外还伴有电解、化学腐蚀等多种很复杂的作用

   

 3性能下降

    泵汽蚀时叶轮内液体的能量交换受到干扰和破坏，在外特性上的表现是流量一扬程曲线、流量一轴功率曲线、流量一效率曲线下降。严重时会使泵中的液流中断，不能工作。应当指出，泵发生汽蚀的初生阶段，特性曲线并无明显变化，有时因产生的气泡复盖过流部分表面，形成光滑层而使泵效率稍有提高。泵的特性曲线出现明显变化时，汽蚀已发展到一定程度。

    不同比转数的泵，由汽蚀引起性能下降的形式不同。低比转数泵，由于叶片间流道窄而长，故一旦发生汽蚀，气泡易于充满整个流道，因而性能曲线呈突然下降形式。随着比转数增大，叶道向宽而短的趋势变化，因而气泡从发生发展到充满整个流道需要一个过渡过程，相应的泵的性能曲线开始是缓慢下降，之后增加到某一流量时才表现为急剧下降。轴流泵叶片少，叶片间重叠小，总有一部分处于高压作用，因而性能曲线在整个范围内只是缓慢下降。在多级泵中，因汽蚀发生在首级，所以性能曲线下降比单级泵小。