精品资料2022年收藏离心泵汽蚀现象及防止措施

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1、延安职业技术学院石油工程系毕业设计（论文）延安职业技术学院毕 业 论 文题 目： 离心泵的汽蚀现象及预防措施 所属系部： 石油工程系 专 业： 钻井技术 年级/班级： 07(五)钻井班 作 者： 马飞 学 号： 071395002023056 指导教师： 高 瑶 评 阅 人： 二一二年五月十四日摘要离心泵的应用是很广泛的，在国民经济的许多部门要用到它。它的使用涉及到各个领域，有工业，农业和能源方面，甚至在军事方面都用到它的很多原理。在现实的工作中，我们大家都知道，由于泵工作的动力较大，它的震动幅度相对也很大，会因为各种各样的原因造成离心泵不能正常工作。其中，离心泵汽蚀是一种常见的现象，这种现象

2、会引发多种事故，例如损坏离心泵的过流部件。本课题就针对这一问题进行讨论。关键词：离心泵 汽蚀现象 预防目 录绪论1第一章 概述21.1 离心泵21.2 离心泵的组成结构31.3 离心泵的工作原理5第二章 离心泵的汽蚀现象分析62.1 离心泵的汽蚀现象62.2 离心泵汽蚀的类型62.3 离心泵汽蚀的原因62.4 离心泵汽蚀原理7第三章 离心泵汽蚀的危害及预防措施93.1 汽蚀现象对离心泵工作的影响93.1.1 损坏过流部件93.1.2 降低离心泵的性能103.1.3 产生噪音与振动103.1.4 制约离心泵的发展103.2 影响离心泵汽蚀的因素113.2.1 吸上真空高度113.2.2 汽蚀余量

3、113.2.3 离心泵运行的最小流量123.3 离心泵汽蚀的预防措施133.3.1 改进泵的结构设计143.3.2 提高装置有效汽蚀余量153.3.3 使用抗汽蚀材料153.3.4 加强操作管理15第四章 结论16致谢17参考文献18绪论随着科技的发达，泵的应用越来越多，只要需要把液体从地位送往高位就必须用到泵。泵的种类很多，由于分类的方式不同，也就有不同的叫法。离心泵应该按照所输送的液体进行选择，并校核需要的性能，分析抽吸，排出条件，是间歇运行还是连续运行等。离心泵通常应在或接近制造厂家设计规定的压力和流量条件下运行。离心泵的效率是衡量泵工作能效的一项重要的经济技术指标。目前我国离心泵行业由

4、于设计、生产和使用过程中的诸多不科学、不合理性导致大量电能浪费和资源损失。在能源日趋紧张的今天，正确地进行离心泵选型,及时调节离心泵的工况点，使水泵运行在高效区，认真做好离心泵巡回检查，提高设备的检修质量，对于节约电耗，降低成本，提高企业经济效益具有很大的经济意义。特别是大流量低扬程高比转速的双吸单级离心循环冷却离心泵在工业上的广泛应用，对其进行节能技术分析与选型，有着显著的经济和社会效益。离心泵的种类也有很多种，有立式、卧式、单级、多级、单吸、双吸、自吸式等多种形式。其主要的工作原理有：离心是物体惯性的表现。比如雨伞上的水滴，当雨伞缓慢转动时，水滴会跟随雨伞转动，这是因为雨伞与水滴的摩擦力做

5、为给水滴的向心力使然。但是如果雨伞转动加快，这个摩擦力不足以使水滴在做圆周运动，那么水滴将脱离雨伞向外缘运动。就象用一根绳子拉着石块做圆周运动，如果速度太快，绳子将会断开，石块将会飞出。这个就是所谓的离心，离心泵就是根据这个原理设计的。高速旋转的叶轮叶片带动水转动，将水甩出，从而达到输送的目的。目前，离心泵被广泛应用于石化、电力、冶金、水利等工业领域，在各种生产装置中对液体介质进行动力输送，其性能可靠性对于装置的正常运行有着非常重要的作用。和其他旋转式液体输送机械一样，离心泵在使用的过程中也会出现各种各样的故障或者影响离心泵正常运转的现象。其中，汽蚀就是是离心泵运行中的一个重要现象，是影响离心

6、泵运行可靠性和使用寿命最为常见的问题，同时也是影响其向大功率高转速方向发展的一个突出障碍，因此成为目前泵类研究中的一个突出课题。本课题就离心泵汽蚀现象展开讨论。18第一章 概述1.1 离心泵离心泵，顾名思义就是，依靠离心力将液体从地处送往高处的设备。离心泵有立式、卧式、单级、多级、单吸、双吸、自吸式等多种形式（如图1.11.4为几种类型的离心泵）。图1.1 单级卧式离心泵图1.2 单级立式离心泵图1.3 多级卧式离泵1.4 多级立式离心泵1.2 离心泵的组成结构离心泵的基本构造是由六部分组成的分别是叶轮，泵体，泵轴，轴承，密封环，填料函。 （图1.5为离心泵的结构图）（1）叶轮是离心泵的核心部

7、分，它转速高出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。（2）泵体也称泵壳，它是水泵的主体。起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。 （3）泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。 （4）轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。滚动轴承使用牛油作为润滑剂，加油要适当，一般为2/33/4的体积，太多会发热，太少又有响声并发热。滑动轴承使用的是透明油作润滑剂的,加油到油位线。太多了，油要沿泵轴渗出并且漂贱，太少轴承又要过热烧坏，造成事故。在水泵运行过程中轴承

8、的温度最高在85度，一般运行在60度左右，如果高了就要查找原因（是否有杂质，油质是否发黑，是否进水）并及时处理。（5）密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低；间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.251.10mm之间为宜。 （6）填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流到外面来也不让外面的空气进入到泵内，始终保持水泵内的真空。当泵轴与填料

9、摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内，使填料冷却，保持水泵的正常运行。所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要需要注意的，在运行600个小时左右就要对填料进行更换。图1.5 离心泵结构图表1-1 部件说明1柱销弹性联轴器部件5吸入器9 导叶13平衡套17轴承2轴6密封环10导叶套14平衡盘3滚动轴承部件7中段11拉紧栓15填料函4水冷填料压盖8叶轮12吐出段16水冷室盖1.3 离心泵的工作原理离心泵的主要过流部件有吸水室、叶轮和压水室。吸水室位于叶轮的进水口前面，起到把液体引向叶轮的作用；压水室主要有螺旋形压水室（蜗壳式）、导叶和空间导叶三种形式；叶轮是泵的最重要的工作元件，是过

10、流部件的心脏，叶轮由盖板和中间的叶片组成。 离心泵工作前，先将泵内充满液体，然后启动离心泵，叶轮快速转动，叶轮的叶片驱使液体转动，液体转动时依靠惯性向叶轮外缘流去，同时叶轮从吸入室吸进液体，在这一过程中，叶轮中的液体绕流叶片，在绕流运动中液体作用一升力于叶片，反过来叶片以一个与此升力大小相等、方向相反的力作用于液体，这个力对液体做功，使液体得到能量而流出叶轮，这时液体的动能与压能均增大。离心泵依靠旋转叶轮对液体的作用把原动机的机械能传递给液体。由于离心泵的作用液体从叶轮进口流向出口的过程中，其速度能和压力能都得到增加，被叶轮排出的液体经过压出室，大部分速度能转换成压力能，然后沿排出管路输送出去

11、，这时，叶轮进口处因液体的排出而形成真空或低压，吸水池中的液体在液面压力（大气压）的作用下，被压入叶轮的进口，于是，旋转着的叶轮就连续不断地吸入和排出液体。第二章 离心泵的汽蚀现象分析2.1 离心泵的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。 离心泵在运转中，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

12、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。2.2 离心泵汽蚀的类型根据上述泵内发生汽蚀的原因，离心泵汽蚀可以分为叶面、间隙和粗糙三种类型。水泵安装过高，或流量偏离设计流

13、量时所产生的汽蚀现象，其汽泡的形成和溃灭基本上发生在叶片的正面和反面，我们称之为叶面汽蚀。叶面汽蚀是水泵常见的汽蚀现象。在离心泵密封环与叶轮外缘的间隙处，由于叶轮进出水侧的压力差很大，导致高速回流，造成局部压降，引起间隙汽蚀。轴流泵叶片外缘与泵壳之间很小的间隙内，在叶片正反面压力差的作用下，也因间隙中的反向流速大，压力降低，在泵壳对应叶片外缘部位引起间隙汽蚀。水流经过泵内粗糙凸凹不平的内壁面和过流部件表面时，在凸出物下游发生的汽蚀，称为粗糙汽蚀。2.3 离心泵汽蚀的原因水的饱和蒸汽压力与水温有关。如果泵内的最低压力高于该温度的饱和蒸汽压力，水就不会在泵内汽化生成汽泡，水泵就不会发生汽蚀。所以，

14、汽蚀是由水的汽化引起的。离心泵的汽蚀原因主要有以下几个方面：1）在水泵中，如果吸入系统中某一局部区域的绝对压力等于或低于被吸送液体温度相应的汽化压力，液体便发生汽化，从而发生汽蚀现象，从而造成泵叶轮、叶片表面的损坏。另外，溶解氧析出后对汽蚀区金属部件有氧化腐蚀作用。而汽蚀区液流发生猛烈撞击后，由液流撞击的机械能转化来的热能和汽泡凝结时放出的热能也助长了氧化腐蚀作用。2）几何安装高度过高，或倒灌高度过低。由于水泵安装过高，在设计工况下运行，叶片进口背面出现低压区，当低于饱和蒸汽压力时，导致叶片背面发生汽蚀。3）所输送的液体温度过高，则对应的饱和压力高，只要泵内最低点处的压力小于或等于该饱和压力，

15、泵的汽蚀就会发生。4）运行方式不当。当水泵流量大于设计流量时，叶轮进口相对速度的方向偏离设计方向，共夹角增大，叶片前缘正面发生脱流和漩涡，产生负压，可能出现汽化而引起叶片正面发生汽蚀。当流量小于设计流量时，叶轮进口水流相对速度向相反方向偏离，夹角减小，叶片进口背面产生脱流和漩涡，出现低压区，是导致叶片背面汽蚀的原因之一。5）泵安装地点大气压力低。对于凝结水泵汽化，具体原因有很多种。如：泵内零、部件磨损、泵内空气未排尽、进口滤网堵塞、凝汽器水位低、循环水管路堵塞等，还要考虑凝结水温、凝结水含氧量等。2.4 离心泵汽蚀原理汽蚀现象从机理上来说是个非常复杂的过程，包括了介质在汽液两相变化时所引起的物

16、理、化学、电学、力学以及声学等诸多现象。了解汽蚀产生的机理有助于离心泵设计、制造及使用。根据物理知识可以知道，对于某种液相介质，在一定温度下对应着一定饱和蒸汽压Pv，当介质压力小于Pv时就会发生汽化。(如图1为离心泵运转时，泵内介质的压力变化曲线）图1.1 离心泵内的压力曲线从图上可以看出，介质进入泵入口后压力首先逐渐降低，在叶轮入口附近的K点压力降至最低为Pk，若PkPv，介质就发生汽化，同时溶解在介质中的气体也可能逸出，这样就会形成很多小气泡。K点以后，转动的叶轮对介质做功，介质压力迅速上升，这些气泡随着介质进入压力较高的区域即PkNPSHr 时，离心泵不会发生汽蚀。当NPSHa=NPSH

17、r 时，离心泵开始发生汽蚀。当NPSHaNPSHr 时，离心泵严重汽蚀。汽蚀刚发生时NPSHaNPSHr=NPSHc；pkpv。此时的汽蚀余量称为临界汽蚀余量NPSHc。为确保泵运转时不汽蚀，相对于NPSHc应该留有一个安全量。安全量的大小视系统及泵具体情况而定。一般取式中：NPSH允许汽蚀余量；K汽蚀安全裕量。国际标准草案ISODis 9905：NPSHa必须超过10NPSHr，各种情况下不得小于0.5m。图3.3 离心泵的汽蚀曲线3.3 离心泵汽蚀的预防措施通过上述分析，根据汽蚀产生的机理，若要避免离心泵内产生汽蚀，应当使泵内最低点处的压力高于介质的汽化压力，也就是通常所说的有效汽蚀余量高

18、于泵的必需汽蚀余量即NPSHaNPSHr，且应当留有一定的余量。据此，可以在离心泵的设计、制造、使用过程中采取各种防范措施，来避免产生汽蚀。3.3.1 改进泵的结构设计改善泵的汽蚀性能，可以从降低泵的必需汽蚀余量着手，根据离心泵必需汽蚀余量公式：(3-1)式中：v0进口平均流速，通常指叶轮喉部液体绝对速度，m/s；0叶轮进口处液体的相对速度，m/s；1因液体从泵人口到叶轮进口段速度增大和流向改变引起能量损失的校正系数；2流体绕过叶片头部的压降系数，与冲角、叶片数、叶片头部形状等有关；g重力加速度，m/s2。从公式(3-1)看出，NPSHr仅与泵本身的结构有关，而与介质的性质无关，由此，可以从如

19、下几个方面改进泵的结构，降低NPSHr：(1)适当增大叶轮入口直径D0，可使叶轮进口流速v0减小；或者适当增大叶轮叶片入口边宽度b1，可使叶轮入口处液体的相对速度w0减小。这样实质是改善了叶轮的吸入特性，但需要注意D0和b1并非是越大越好，而是有最佳的设计范围，二者取值过大时，NPSHr反而会增加。(2) 选用双吸叶轮，这样介质从叶轮两侧流入，相当于增大了叶轮的入口面积，使流经叶轮每一侧的流量减少，从而降低叶轮的v0、w0和2。 图3.2 离心泵叶轮示意图（3）适当增大叶轮盖板进口段的曲率半径；将叶片尽可能向叶轮入口边扩展；提高叶轮和叶片进口部分的表面光洁度；增大叶片进口角和采用正冲角；这些措

20、施都可以使介质流动更加平稳，降低流动损失，从而降低泵的NPSHr。（4）为离心泵安装诱导轮，可以对介质进行预增压，增大了叶轮入口处的介质压头，可以显著降低NPSHr，有时可以降低70以上。但诱导轮会增加轴向的安装尺寸，且安装了诱导轮的离心泵在小流量运行时，扬程会降低，从曲线上表现为出现了“驼峰”，因此在标准API610中是不推荐离心泵加装诱导轮的。3.3.2 使用抗汽蚀材料有时离心泵受到安装、使用条件的限制，不能完全避免汽蚀的发生，可以采用抗汽蚀性能良好的材料来制造叶轮，以延长叶轮的使用寿命。实践证明，材料的强度、硬度越高，韧性越好，化学性能越稳定，材料的抗汽蚀性能就越好，常用的材料如含有镍铬

21、的不锈钢，铝青铜，高镍铬合金等。3.3.3 提高装置有效汽蚀余量在进行离心泵装置的设计时，尽最大可能进行优化设计，以提高泵吸入口的有效汽蚀余量NPSHa：（1）适当增大泵吸入管路的直径，降低管路内表面的粗糙度，减少不必要的弯头、阀门等，以减少泵入口管段的管路损失，从而提高NPSHa。（2）增大泵吸入储罐介质压力，来提高NPSHa。（3）当装置所能提供的NPSHa不能满足泵要求时，可以选择合适的泵型如筒袋泵，来降低泵的安装高度，提高泵吸入口处的压力。3.3.4 加强操作管理在离心泵运转的过程中，注意对泵的正确操作，避免不恰当操作会人为诱发离心泵的汽蚀。（1）保证离心泵在允许工作区内工作。当离心泵

22、工作流量过大时，NPSHr会迅速增大，使NPSHrNPSHa，从而产生汽蚀；当泵工作流量低于最小连续稳定流量时，过小的流量会导致轮盘与介质之间的摩擦热以及其他损失产生的热量不能及时排出，介质温度升高，介质的饱和蒸汽压Pv升高，如前面所述KPv时，将导致汽蚀产生。（2）避免使用入口节流的方法的来调节泵的流量，入口节流会增大入口压力损失，降低NPSHa。（3）泵关阀启动的时间不能过长。离心泵在启动时，为了降低启动电流，通常采取关闭出口阀门的启动方式，但若阀门关闭时间过长，机械损失等产生的热量使得介质温度升高，诱发汽蚀。（4）对于变速调节的泵，应避免泵的转速过高。根据汽蚀相似定律，NPSHr与转速的

23、平方成正比，因此，泵的操作转速不应高于设计允许的的转速。第四章 结论本文通过简单介绍了离心泵的类型、结构组成和工作原理，重点阐述了离心泵的汽蚀现象、汽蚀类型、汽蚀的原因、汽蚀原理、汽蚀现象的危害、影响汽蚀的因素以及离心泵汽蚀现象的预防措施，包括离心泵的设计、材料选择、提高汽蚀余量以及通过正规的操作管理几项措施。通过分析介绍，我们可以知道，汽蚀现象会影响离心泵的工作效率，而且，引起汽蚀的原因也有很多。因此，认真研究离心泵的汽蚀，可以从设备的结构设计、材料的选择等几个方面着手研究，尽量避免汽蚀的发生，有效提高工程效率，是值得我们高度重视的。致谢五年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而对于我的人

24、生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。五年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有一种豁然开朗的感觉。 另外，感谢我的爸爸妈妈，感谢你们对我的养育之恩，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无

25、法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意。 在本文的撰写过程中，髙瑶老师作为我的指导老师，她治学严谨， 视野广阔，为我营造了一种良好的学术氛围。其严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，与无微不至、感人至深的人文关怀，令人如沐春风，倍感温馨。正是由于她在百忙之中多次审阅全文，对细节进行修改，并为本文的撰写提供了许多中肯而且宝贵的意见，本文才得以成型。 在此特向髙瑶老师致以衷心的谢意！向她无可挑剔的敬业精神、严谨认真的治学态度、深厚的专业修养和平易近人的待人方式表示深深的敬意！参考文献1 郭立君泵与风机中国电力出版社19973 孙寿泵汽蚀研究现状与展望J水泵技术2008，1：154 美国石油学会标准：API 6102004 S5 汪浩离心式水泵的汽蚀与避免措施J煤矿机械2008，296 关醒凡泵的理论与设计机械工业出版社19877 刘超水泵及水泵站M北京：科学技术文献出版社2003,35-388 姜培正过程流体机械M北京：化学工业出版社20019 韩国有，谭英杰，刘立君高温高压电动潜油离心泵性能检测试验流程哈尔滨工程大学出版社2008